杜克大學報告稱，基因編輯的進步擴大了 CRISPR 技術的應用範圍

杜克大學的一個工程師團隊開發了一種擴大 CRISPR 技術應用範圍的方法。雖然最初的 CRISPR 系統只能針對人類基因組的 12.5%，但新方法擴展了對幾乎每個基因的訪問，從而透過基因組工程潛在地靶向和治療更廣泛的疾病。

這項研究涉及哈佛大學、麻省理工學院、麻薩諸塞大學醫學院、蘇黎世大學和麥克馬斯特大學的合作者。

該作品於 10 月 4 日發表在期刊上 自然通訊.

「CRISPR 是編輯特定 DNA 的絕佳工具，但我們可以編輯的基因仍然受到限制，」說 普拉南·查特吉，生物醫學工程助理教授。 「最初的 CRISPR 工具只能根據特定間隔區的位置編輯所有 DNA 序列中的約 12.5%。如果你碰巧在另一個 87.5% 上有突變，那你就倒楣了。

CRISPR-Cas 是一種細菌免疫系統，可讓細菌使用 RNA 分子和 CRISPR 相關 (Cas) 蛋白來瞄準並破壞入侵病毒的 DNA。自發現以來，研究人員競相開發一系列新的 CRISPR 系統，用於基因治療和基因組工程。

為了對基因組進行編輯，Cas 蛋白利用 RNA 分子（引導酶到達目標 DNA 片段）和原型間隔子相鄰基序（PAM），PAM 是緊接著目標 DNA 序列的短 DNA 序列， Cas 蛋白結合所需。

一旦引導 RNA 找到其互補的 DNA 序列，並且 Cas 酶與相鄰的 PAM 結合，該酶就會像剪刀一樣在 DNA 中進行切割，從而引發基因組所需的變化。 最常見的 CRISPR-Cas 系統是來自化膿性鏈球菌細菌的 Cas9 (SpCas9)，它需要連續兩個鳥嘌呤鹼基 (GG) 的 PAM 序列。

在先前的工作中，Chatterjee 和他的團隊使用生物資訊工具來發現和設計新的 Cas9 蛋白，包括 Sc++，它只需要單一鳥嘌呤鹼基 PAM 即可進行切割。這項變更使得研究人員能夠編輯近 50% 的所有 DNA 序列。

同時，Chatterjee 在哈佛的合作者在哈佛醫學院助理教授 Benjamin Kleinstiver 的領導下，設計了一個名為 SpRY 的獨立變體。雖然 SpRY 可以與形成 PAM 的四種 DNA 鹼基中的任何一種結合，但它對腺嘌呤和鳥嘌呤的親和力要強得多。

由於這兩種系統都有缺點，該小組決定將兩者的優點結合到一個名為 SpRyc 的新變體中。

Chatterjee 說：“利用這個新工具，我們可以更精確地定位近 100% 的基因組。”

雖然 SpRYc 在切割目標 DNA 序列方面比其對應物慢，但在編輯 DNA 的特定片段方面它比這兩種傳統酶更有效。儘管 SpRYc 的範圍很廣，但它也比 SpRY 更準確。

在建立了 SpRYc 的編輯功能後，該團隊研究了該工具對於標準 CRISPR 系統無法治療的遺傳性疾病的潛在治療用途。他們的第一個測試是雷特氏症，這是一種進行性神經系統疾病，主要影響年輕女性，是由特定基因的八種突變之一引起的。第二種是亨丁頓舞蹈症，這是一種罕見的遺傳性神經系統疾病，會導致腦部神經元退化。研究小組發現 SpRYc 能夠改變先前無法獲得的突變，為這兩種疾病提供了潛在的治療機會。

「SpRYc 具有很大的潛力，無論是探索如何將其轉化為臨床，還是尋找提高其效率的方法，」Chatterjee 說。 “我們期待探索我們工具的全部功能。”

(C) 杜克大學

原文來源： WRAL 技術線