生物通报道:CRISPR/Cas9系统由两部分组成:分子剪刀Cas9能切断DNA,但在其天然状态无法发挥功能,另外一个部分是导向RNA复合物,在出现匹配的基因序列时解锁Cas9,找到准确的位置切开序列。科学家们在哺乳动物中利用人工的导向RNA重编程CRISPR/Cas9 系统,在细胞中精确插入新的遗传信息片段,精确有效的完成了之前需要数月或者数年工作量的实验设计。
但CRISPR/Cas9 系统并不是完全精确,有时导向RNA会靶向相似序列,导致脱靶,这种不匹配位点在人体基因组的60亿个核苷酸中出现频率多达100倍,这会给实验,尤其是人体疾病治疗应用带来意外的伤害,再加上伦理学上的争议,因此许多科学家们对CRISPR平台的应用慎之又慎,一些Anti-CRISPR系统的出现则能为认识和操控CRISPR提供大量有价值的工具。
早在2012年,来自多伦多大学Alan R. Davidson领导的一个研究小组第一次证实一些基因介导了对CRISPR/Cas系统的抑制作用。他们在感染绿脓杆菌(Pseudomonas aeruginosa)的细菌噬菌体中发现了5个不同的I-F型 “anti-CRISPR”基因,并证实噬菌体anti-CRISPR基因突变使得它无法感染具有功能性CRISPR/Cas系统的细菌。
去年这一研究组在Nature杂志上发文,确定了其中三种anti-CRISPR蛋白:AcrF1、AcrF2和AcrF3的功能机制,研究人员发现每一个anti-CRISPR蛋白都通过不同的机制来抑制了CRISPR-Cas的活性。比如说,AcrF3通过阻止招募Cas3将CRISPR-Cas系统转变为了一个基因调控因子。研究人员指出,这些anti-CRISPR蛋白质不同的序列及作用机制表明了独立的进化,并预示了还存在其他的方式——蛋白质借助于它们改变了CRISPR–Cas的功能。
在这些研究的基础上,近期这一研究组与麻省大学Erik J. Sontheimer教授合作,鉴定出了3个能够抑制Cas9酶的天然蛋白质家族。这些抑制性蛋白能直接绑定NmeCas9(N. meningitidis Cas9),而且更重要的是,这些anti-CRISPRs能够被作为人类细胞基因编辑的有效抑制剂。
Davidson博士说,“CRISPR是一个非常强大的基因编辑工具,但我们必须能够关掉它。这种关闭工具的发现将能帮助研究人员对CRISPR系统更有信心。”
CRISPR/Cas9 系统可以靶向靶标细胞,但也有可能会影响其它辅助细胞,组织或者器官。Cas9酶在这些细胞,组织器官中的活性无用,且会造成安全风险。如果构建一种关闭开关,那么就能确保Cas9不会在除了靶标组织以外的地方滥用,组织特异性就能提高。
这一新研究不仅发现了关闭开关,而且还指出Cas9抑制剂天然存在,能够被开发利用。