加州大学旧金山分校和怀特黑德研究所的研究人员描述了一本小说CRISPR基于名为“CrisProff”的工具，它允许科学家们几乎在人类细胞中关闭了几乎任何基因，而不会对遗传密码进行单一编辑。研究人员还表明，一旦基因关闭，它在细胞的后代仍然存在惰性，除非它被称为Cronpron的互补工具，也在纸上进行了回复。
因为表观蛋白酶在许多疾病中起着核心作用，从病毒感染到癌症，CrisProff技术可能有一天能导致强大的表观遗传疗法。由于这种方法不涉及任何DNA编辑，因此可能比传统的CRISPR治疗方法更安全，因此已知对基因组对不必要的和潜在的有害变化导致对该基因组有害和潜在的有害变化。
“虽然基因和细胞治疗是医学的未来有潜在安全隐患永久改变基因组,这也是为什么我们试图想出其他的方法使用CRISPR治疗疾病,”卢克·吉尔伯特说,迪勒博士,加州大学旧金山分校教授海伦家庭综合癌症中心。
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从基因组到外延蛋白杂志编辑
传统的CRISPR配备了两块分子硬件，使其成为有效的基因编辑工具。一种组分是DNA剪下的酶，其使CISPR成为改变DNA序列的能力。另一种是可以在任何DNA序列上被编程为零的归位装置，赋予精确控制在编辑的位置。
为了构建Crisproff，研究人员用常规的CRISPR的DNA剪下酶功能分配，同时保留归巢装置，产生能够靶向任何基因的剥离克切，但未编辑它。然后他们将酶束缚在这个鞍币克里普尔中。但不是拼接DNA，这种酶在外观蛋白酶上作用。
新工具针对一种特殊的表观遗传特征，即DNA甲基化，这是表观基因组的许多分子部分之一。当DNA被甲基化时，一个被称为甲基的小化学标签就会附着在DNA上，从而使附近的基因沉默。尽管DNA甲基化在所有哺乳动物细胞中都会自然发生，但CRISPRoff为科学家提供了前所未有的这一过程的控制。论文中描述的另一种叫做CRISPRon的工具，可以去除由CRISPRoff沉积的甲基化标记，使这一过程完全可逆。
“现在我们有了一个简单的工具，可以让绝大多数基因沉默，”怀特黑德研究所成员、这篇新论文的资深合著者、前加州大学旧金山分校教员乔纳森·韦斯曼(Jonathan Weissman)博士说。“我们可以在不损害DNA的情况下同时对多个基因进行这种治疗，而且这种治疗方式可以逆转。这是控制基因表达的一个伟大工具。”
“重大惊喜”颠覆了基本原则
基于意大利一个小组之前的工作，研究人员对CRISPRoff能够使特定基因沉默有信心，但他们怀疑，大约30%的人类基因将对这种新工具没有反应。
DNA由四个基因字母组成——A, C, G, T——但是，一般来说，只有G旁边的C可以被甲基化。更复杂的是，科学家们一直认为甲基化只能使基因组中CG序列高度集中的位点的基因沉默，这些位点被称为“CpG岛”。
由于近三分之一的人类基因缺乏CPG岛，因此研究人员认为甲基化不会关闭这些基因。但他们的Crisproff实验颠覆了这种表观遗传教条。
“在这项工作之前的想法是，没有通过DNA甲基化控制的30％的基因没有控制，”Gilbert说。“但我们的工作清楚地表明，您不需要CPG岛通过甲基化将基因变成。那对我来说，这是一个重大惊喜。“
提高Cresproff的治疗潜力
像CRISPRoff这样易于使用的表观遗传编辑器具有巨大的治疗潜力，这在很大程度上是因为，像基因组一样，表观基因组可以遗传。当CRISPRoff使一个基因沉默时，该基因不仅在被处理的细胞中保持关闭，在细胞分裂的后代中也保持关闭，持续时间多达450代。
对于研究人员的惊喜，即使在成熟的干细胞中，这也持有。尽管从干细胞到分化的成年细胞的过渡涉及外延蛋白组的显着重新灌注，但是通过Crisproff沉积的甲基化痕迹忠实地遗传在使这种过渡的大部分细胞中遗传。
这些发现表明，CRISPRoff只需要服用一次就能产生持久的治疗效果，这使其成为治疗罕见遗传疾病的一种有希望的方法，包括影响结缔组织的马凡氏综合征、免疫系统紊乱的约伯综合征、以及某些类型的癌症——这些癌症是由单个受损基因副本的活动引起的。
研究人员指出，尽管CRISPRoff非常有前景，但需要进一步的工作来实现它的全部治疗潜力。时间会告诉我们CRISPRoff和类似技术是否真的是“医学的未来”。
该研究发表于期刊细胞．
来源：加州大学旧金山分校
