用光控制基因編輯

基因組編輯系統 CRISPR，使科學家可以刪除或替換任何活細胞中的靶基因。麻省理工學院的研究人員現已加入一個額外的層，通過使系統響應光源來控制在何時何處發生這種基因編輯。

新系統誕生後，只有當研究人員把紫外線照射到靶細胞上時，基因編輯才會發生。這可以幫助科學家更詳細地研究影響胚胎髮育或疾病進展的細胞和遺傳事件的時間。 最終，它會以一個更有針對性的方式來關閉腫瘤細胞中的致癌基因。

" 添加所有種類的細胞的開關的優點是，在時間和空間上精確地激活細胞，" 麻省理工學院健康科學與電子工程與計算機科學的 Sangeeta Bhatia，科赫綜合癌症研究所一員的 John 及醫學工程與科學研究所的 Dorothy Wilson 教授說。

Bhatia 是一位在 Angewandte Chemie 雜誌中撰寫有關新技術的文章的資深作者。此文的的主要作者是麻省理工學院醫學工程與科學研究所的博士後，Piyush Jain。

光敏感度

在來 MIT 以前，Jain 想出一種方式，用光控制 RNA 的干擾過程，這使小股的 RNA 被分到細胞中以暫時阻斷特定基因。

" 當他來這時，CRISPR 現場爆裂，當想到用光以相同的的方式激活 CRISPR 的前景時，他變得非常興奮，"Bhatia 說。

CRISPR 由一個複雜的基因編輯組成，由 DNA 剪切酶 Cas9 和 RNA 短鏈引導剪切酶到基因組的的特定區域，指導 Cas9 剪切的位置。當 Cas9 和嚮導 RNA 進入細胞，基因組進行特定剪切；永久地刪掉一小部分基因後，細胞的 DNA 修復過程使剪切下來的部分粘到一起，使其無法使用。

在以往創建光敏 CRISPR 系統的成果中，研究人員改變了 Cas9 的酶，使它只在一定波長的光照射下才開始剪切。麻省理工學院團隊決定採取一個不同的方式使 RNA 引導鏈與感光性結合。為了未來能被人類使用，相比較於傳送這些修改過的 RNA 引導鏈，使靶細胞產生光敏 Cas9 會更簡單，Bhatia 說。

" 除了加上一個光激活保護器之外，你真的不用對你要遞送的貨物做什麼，" 她說，" 使系統模塊化是一種新的嘗試。"

為了使 RNA 引導鏈感光，MIT 小組創造了 " 保護者 "，由脊骨後光裂解的 DNA 序列組成。這些 DNA 鏈可以被定製綁定在不同的 RNA 引導序列上，以避免引導鏈連接到基因組中的靶細胞。

當研究人員把靶細胞暴露在波長為 365 納米的光下（在紫外線範圍內），保護者 DNA 裂解成幾小部分並脫落 RNA，讓 RNA 與其目標基因結合并用 Cas9 來切割它。

針對多個基因

在這項研究中，研究人員表明，他們可以用光控制綠色熒光蛋白基因的編輯，並發現兩個在細胞表面的蛋白質基因在某些癌細胞里過度表達。

" 如果這是一個可實施的推廣方案，那麼你應該設計出能對抗不同目標基因的保護者序列。"Bhatia 說。" 我們設計出了對抗不同基因的保護器，實驗證明它們都可以以這種方式光活化。在多樣實驗中，當同時使用多種保護器時，在曝光後被切割的目標只有那些被照片保護起來的 "。

精確控制基因編輯的時機可以幫助研究人員了解疾病中的細胞活動時間，並有望通過關閉基因來確定最佳治療時間。

"CRISPR-Cas9 是一個強大的技術，科學家們可以用它來研究基因如何控制細胞行為，" 參與這項研究的喬治亞理工學院的生物醫學工程助理教授說。" 這重要的進步會讓我們精確控制這些基因的變化。因此這項工作會給科學界提供一個非常有效的工具，以進行許多關於基因編輯的研究。"

Bhatia 的實驗室也在追求這項技術在醫藥學中的應用。其中一項可能的應用是用它關閉皮膚癌中涉及的致癌基因，這是一種很好的方法，因為皮膚很容易暴露在紫外線下。

團隊還致力於 " 萬能保護器 " 的研究，此保護器可用於任何 RNA 引導鏈，這消除了為每一個 RNA 序列設計一個新的保護器的需求，並允許它同時抑制多種目標 CRISPR-Cas9 解理。

該研究由路德維希分子腫瘤學中心，Marie-D. and Pierre Casimir-Lambert 基金會，美國國家癌症研究所的科赫研究院，以及癌症納米大理石中心資助。

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