Cell突破:又1篇!科学家再次发现CRISPR"关闭开关"

2 小时前 来源：生物探索 分享：

导读 CRISPR技术的脱靶效应深深影响着该技术在治疗应用中的安全性和有效性。2016年12月，多个科学家小组发现CRISPR关闭开关，有望为该技术在2017年更安全的应用带来希望。相关成果先后发表在Cell杂志上。

2016年12月29日，发表在Cell杂志上题为“Inhibition of CRISPR-Cas9 with Bacteriophage Proteins”的研究中，来自加州大学旧金山分校（UCSF）的科学家们找到了在细菌和人类细胞中能都能够阻止CRISPR系统基因编辑活性的抑制剂。科学家们发现的这两个“关闭开关”为 AcrIIA2和AcrIIA4，通过阻碍Cas9酶的活性发挥抑制作用。

开展寻找“关闭开关”研究时，科学家们基于了这样的一个假说：细菌自身基因组中可能包含了阻止CRISPR切割靶DNA的抑制剂序列。这项新成果证明了研究人员的假说是正确的。UCSF的Joseph Bondy-Denomy博士是这一研究的通讯作者。

实验室参与该研究的博士后Benjamin Rauch和同事们在李斯特菌中找到了多种称为anti-CRISPRs的抑制剂。其中，AcrIIA2和AcrIIA4两个抑制剂能够阻断来自酿脓链球菌的Cas9酶或SpyCas9酶活性。其中，Cas9酶频繁用于基因组编辑中。SpyCas9是Cas9的变体，现在被世界大多数实验室使用。

这些anti-CRISPR的序列是通过先前的噬菌体感染留在细菌基因组中的。Rauch表示，正如CRISPR技术是开发自细菌天然的抗病毒系统，我们也可以利用病毒躲避细菌防御的anti-CRISPR蛋白寻找关闭开关。

同月另一篇Cell：科学家首次找到“魔剪”CRISPR“关闭”开关

在这里，我们不得不提到去年同月（哎呀，小编看着去年觉得好不习惯呀）发表在Cell杂志上的另一篇文章（题目：Naturally Occurring Off-Switches for CRISPR-Cas9）。在这一研究中，来自多伦多大学和马萨诸塞大学的科学家们首次发现了CRISPR/Cas9的“关闭开关”（off-switches）。

具体来说，研究小组找到了特异性抑制脑膜炎奈瑟氏球菌（Neisseria meningitidis）CRISPR-Cas9系统的anti-CRISPRs三大不同的家族。研究表明，这些抑制性蛋白直接绑定了NmeCas9（N. meningitidis Cas9）。研究证实，这些anti-CRISPRs能够被用作人类细胞基因编辑的有效抑制剂。需要注意的是，这一研究中发现的anti-CRISPR不能作用于来自酿脓链球菌的Cas9酶。

该研究的共同通讯作者Erik J. Sontheimer博士说：“一旦基因编辑系统进入细胞后，科学家们缺乏一个可靠的方法来关闭Cas9的活性。如果我们能够在正确的基因编辑完成后打开一个‘关闭开关’，问题就很容易解决了。在这一研究中，我们报告了首个已知的Cas9活性天然抑制剂。”

下一步计划

科学家们认为，anti-CRISPR蛋白的发现将成为研究和治疗复杂和多基因疾病的关键。Bondy-Denomy指出，一些研究者和公众担心如此强大的CRISPR技术会被不合理的使用，带来危险。这些抑制剂为阻止不法的、失控的CRISPR应用提供了手段，将帮助提高CRISPR研究的安全性。

Rauch说：“我们下一步的研究计划是调查这些CRISPR抑制剂是否能够在人类细胞中通过降低脱靶效应，改善基因编辑的精准度。我们也非常想弄清楚，这些抑制蛋白是如何阻断Cas9基因编辑活性的。此外，我们还会在其它的细菌中寻找更多、更好的CRISPR抑制剂。”

参考资料：

The-scientist：More Anti-CRISPR Proteins To Block Cas9

GEN：Off Switch Found for Common Version of the CRISPR-Cas9 System

Cell：Inhibition of CRISPR-Cas9 with Bacteriophage Proteins

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Cell重大发现：首次！科学家找到“魔剪”CRISPR“关闭”开关

参考文献

我要补充文献

Inhibition of CRISPR-Cas9 with Bacteriophage Proteins

文献检索：DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2016.12.009

Bacterial CRISPR-Cas systems utilize sequence-specific RNA-guided nucleases to defend against bacteriophage infection. As a countermeasure, numerous phages are known that produce proteins to block the function of class 1 CRISPR-Cas systems. However, currently no proteins are known to inhibit the widely used class 2 CRISPR-Cas9 system. To find these inhibitors, we searched cas9-containing bacterial genomes for the co-existence of a CRISPR spacer and its target, a potential indicator for CRISPR inhibition. This analysis led to the discovery of four unique type II-A CRISPR-Cas9 inhibitor proteins encoded by Listeria monocytogenes prophages. More than half of L. monocytogenes strains with cas9 contain at least one prophage-encoded inhibitor, suggesting widespread CRISPR-Cas9 inactivation. Two of these inhibitors also blocked the widely used Streptococcus pyogenes Cas9 when assayed in Escherichia coli and human cells. These natural Cas9-specific “anti-CRISPRs” present tools that can be used to regulate the genome engineering activities of CRISPR-Cas9.

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Cell CRISPR 关闭开关

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