?8月24日，國際著(zhù)名期刊《細胞》雜志發(fā)表一篇論文引起了全球的關(guān)注：CRSIPR—Cas9技術(shù)的發(fā)現者之一、加州大學(xué)伯克利分校的生物化學(xué)家詹妮弗·杜德納（Jennifer Doudna）團隊發(fā)現了兩個(gè)特殊的蛋白質(zhì)，可以終止基因編輯過(guò)程！
能終止基因編輯的蛋白質(zhì)被發(fā)現，就好比給基因編輯這把生命魔剪添加了“停止鍵”，對于利用編輯技術(shù)進(jìn)行科學(xué)研究的科學(xué)家來(lái)說(shuō)，改造生命將會(huì )更加精準、更加得心應手。
發(fā)現抑制基因編輯的“秘密”
在詹妮弗·杜德納之前，已經(jīng)有多項研究發(fā)現了至少7種蛋白質(zhì)，可以抑制Cas9，讓細胞無(wú)法切割編輯DNA。這些對抗CRISPR的蛋白質(zhì)被統稱(chēng)為抗CRISPR蛋白（anti—CRISPR protein），簡(jiǎn)稱(chēng)ACR。
詹妮弗·杜德納和她的同事想要弄清楚ACR蛋白的機理和作用范圍。他們選了兩個(gè)ACR蛋白：ACRIIC1和ACRIIC3進(jìn)行研究。研究發(fā)現，ACRIIC1可以抑制很多不同的Cas9蛋白，有廣譜抑制劑的效果：當ACRIIC1在細胞中遇到Cas9以后，可以緊緊地結合在Cas9用來(lái)抓住DNA的位置上，讓它無(wú)法再與DNA結合進(jìn)而切割破壞DNA。這就好像把Cas9的手腳束縛住了無(wú)法再騰出手來(lái)殺滅目標DNA。研究人員通過(guò)X射線(xiàn)結晶法，獲得了清晰的ACRIIC1和Cas9結合在一起的結構。
另一個(gè)ACR蛋白ACRIIC3只能抑制一種叫NmeCas9的Cas9蛋白。它采取的策略是把兩個(gè) Cas9蛋白黏結在一起，這樣就顯著(zhù)改變了Cas9的結構，讓它失去了與DNA結合的能力。
研究還發(fā)現，ACRIIC1和ACRIIC3這兩個(gè)蛋白質(zhì)屬于一個(gè)很大的蛋白質(zhì)家族，這個(gè)蛋白質(zhì)家族對不同的基因編輯系統有廣譜抑制性，意味著(zhù)在未來(lái)的終止基因編輯過(guò)程中，這些ACR蛋白可能得到廣泛應用，讓基因編輯變得更精確，副作用也更少。
找出最靈敏的“停止鍵”
其實(shí)，這并不是ACR蛋白的作用機理第一次被揭示出來(lái)。今年4月，《自然》雜志發(fā)表過(guò)一篇重磅論文，作者是來(lái)自哈爾濱工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的教授黃志偉。他的團隊首次對另一種Cas9抑制蛋白—ACRIIC4的作用機制進(jìn)行了研究，證實(shí)其能有效抑制一種廣泛應用的Cas9蛋白—SpyCas9的基因編輯活性。
ACRIIC4的作用機理與ACRIIC1和ACRIIC3也不相同。它可以模仿DNA與Cas9結合，讓CRISPR—Cas9“魔剪”誤認為自己切斷了真實(shí)的DNA片段。用這種方法，可以阻斷Cas9酶活性，來(lái)避免脫靶導致的“誤傷”。
對于詹妮弗·杜德納團隊的研究發(fā)現，黃志偉在接受采訪(fǎng)時(shí)表示，通過(guò)對比性研究，可以找到最有效的抑制蛋白，將其加入基因編輯系統，讓Cas9在完成基因編輯任務(wù)后準時(shí)“關(guān)閉”功能，避免脫靶效應。
在實(shí)際操作中，使用者將如何使用這類(lèi)蛋白質(zhì)來(lái)終止基因編輯過(guò)程？南方醫科大學(xué)基礎醫學(xué)院教授趙小陽(yáng)說(shuō)，“比如要修復某個(gè)致病基因，可以在轉入Cas9，gRNA及donor質(zhì)粒后直接轉染該類(lèi)蛋白，或者其表達質(zhì)粒，來(lái)關(guān)閉Cas9酶活性，就能避免長(cháng)時(shí)間的Cas9活性對其他位點(diǎn)或者已修復的位點(diǎn)再次切割?！?/p>
趙小陽(yáng)表示，停止基因編輯進(jìn)程的蛋白家族的發(fā)現使得能夠實(shí)現Cas9蛋白活性的時(shí)空調控，讓基因編輯生效的時(shí)間窗口變得更精確?！凹皶r(shí)關(guān)閉Cas9酶活性，能夠在較大程度上降低脫靶效率，提高了基因敲除以及基因修復的準確性，這可能會(huì )推動(dòng)基因編輯技術(shù)在臨床治療上的應用?！壁w小陽(yáng)說(shuō)，另一方面，這類(lèi)停止基因編輯進(jìn)程的蛋白質(zhì)能夠應用于CRISPR—Cas9介導的轉錄調控系統中，能幫助及時(shí)關(guān)閉轉錄激活或轉錄抑制，從而控制哪些基因表達，哪些基因不表達。
在未來(lái)，研究人員可以根據自己的需要，將ACR等Cas9的抑制蛋白加入基因編輯系統里，針對某個(gè)特定的器官、組織、發(fā)育階段的細胞進(jìn)行基因編輯，人類(lèi)改造生命的探索將更加得心應手。（記者 李秀婷）
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