CRISPR：给CAS9一个“开”开关

CRISPR-CAS9是一种革命性的工具，部分原因是它的多功能性：由细菌创建以咀嚼病毒，它在人类细胞中同样效果很好，可以执行各种遗传技巧，包括切割和粘贴DNA，进行精确突变，激活或灭活一个基因。

UC伯克利分校的研究人员现在，通过给予“ ON”开关，使其更加通用，从而使用户可以将CAS9基因编辑器保留在所有单元格中，除了其指定的目标。

重新设计的CAS9酶（研究人员称为procas9）具有完全功能性的功能，除非含有一定长度的蛋白质，这些蛋白质需要在酶可以结合并切割DNA之前被剪切。如果科学家插入只能通过特定酶切割的短长度蛋白质，例如癌细胞专门使用的酶或一种传染病或细菌，则酶成为打开Cas9的触发因素。

procas9基本上是根据蛋白质切割酶（一种所谓的蛋白酶）“感官感知”其所在的细胞类型。UC Berkeley分子和细胞生物学副教授David Savage说：“这是您可以在分子上施加的额外安全层。”除了可编程输出外，它还赋予CAS9蛋白具有可编程输入。Savage说：“许多蛋白酶调节细胞中的信号通路，将正常细胞转化为癌细胞，并参与病原体感染。”“如果我们能感觉到这些信号，我们可以利用并相应地对这些重要的途径做出反应。”

在这项研究中，Savage及其同事通过使其对植物和人类病毒（例如西尼罗河病毒）敏感，从而证明了CAS9的蛋白酶控制。将来，他们认为这种技术可用于将CRISPR-CAS9细菌免疫系统导入植物，以帮助它们抵御破坏病毒病原体的破坏。

将CAS9剥离到其必需品

Savage的最初研究目标是将Cas9蛋白（实际上将DNA进行基因编辑的“剪刀”）削减到其最简单的部分，以使最稳健的基因编辑器成为可能。它越简单，使用并渡轮进入细胞就越容易。他说：“我们知道CAS蛋白很复杂，并且具有各种调节，这对于它们在细菌免疫系统中的功能至关重要。”“我们工作的广泛目标是驯服它们用于人类，并剥夺与基因组编辑无关的不必要的东西。”

特别是，他想重新设计CAS9，因此附加其他蛋白质会更容易。这将使CAS9能够将具有多种功能的蛋白质携带到DNA上的正确位置。这些被称为融合蛋白，其有希望的变体可以改变基因表达，或者在一种称为碱基编辑的技术的情况下，以精确的精度改变了DNA中的一个碱基或核苷酸。

他用来重新设计的CAS9的技术（称为圆形排列）从未在像Cas9一样复杂的蛋白质上尝试过。圆形排列涉及将Cas9蛋白的氨基酸串串切开并切换两个段的顺序，然后允许其折叠成新的3D配置。他以所有可能的方式将蛋白质切成两块。

尽管您可能认为这会完全破坏蛋白质，但在大约10％的情况下，新蛋白仍然起作用，好像他只是以不同的方式重新排列了蛋白质的亚基，而不会影响它们的功能。这可能是因为CRISPR-CAS9发明家Jennifer Doudna及其同事所表明的那样，Cas9蛋白配合物具有很高的灵活性，并且在抓住导向RNA上，与DNA结合并移动到位置以切割DNA链时移动。

Savage目前正在探索一些CAS9重排，这些重排可能为融合蛋白提供更好的脚手架，使它们更接近其靶向的DNA链。在重新排列Cas9脚手架的过程中，他偶尔发现，他重新连接两个蛋白质片段的方式有所不同。他说：“当我们切割蛋白质并将旧碎片移至蛋白质中的新地方时，系统对将两个碎片连接在一起的方式变得非常敏感。”“我们意识到我们可以使用这种敏感性来设计蛋白质以具有蛋白酶识别位点。”

他的研究表明，“我们不喜欢大自然给我们的基因组编辑蛋白的信息，”他说。“这些蛋白质可以精心优化，并变成在自然界中未发现的脚手架，而是具有适合人类细胞使用的合适特性。”