CRISPR先驱获得新突破：开发更安全的CRISPRCas9基因疗法

人们一直希望用CRISPR-Cas9基因编辑技术治疗甚至治愈复杂的神经疾病。帕金森病、亨廷顿舞蹈病和阿尔茨海默症的现有药物只能缓解症状，无法阻止疾病的发展。“但对于确定了致病基因的疾病来说，基因编辑技术有望永久终止其进程，”加州大学伯克利分校Jennifer Doudna实验室的博士后Brett Staahl说。

传统CRISPR-Cas9存在脱靶效应，表达Cas9蛋白也可能引发免疫应答，这两个问题一直是CRISPR-Cas9走向临床的主要障碍。现在Staahl和Doudna开发了Cas9核糖核蛋白(RNP)，这种组装的功能性酶可以降低上述风险。他们在十一月份的美国神经科学年会上展示了自己的研究成果。

“这个RNP由两部分组成：Cas9蛋白和引导RNA。引导RNA让RNP短暂结合一个独特的23bp序列。使用这种RNP可以去除有问题的DNA片段，”Staahl说。

研究人员将Cas9 RNP注射到小鼠大脑进行测试。研究显示，这种RNP不仅能从神经元成功删除DNA片段，还可以快速降解，防止有风险的脱靶效应。“Cas9 RNP在大块组织中传播开并且编辑细胞。我们看到它编辑的是神经元，而不是星形胶质细胞。我们没有检测到任何脱靶编辑或者免疫应答，”Staahl说。“这个技术可以应用于多种神经疾病，安全编辑大脑各个区域的神经元。”

Jennifer A. Doudna教授是CRISPR技术的共同开发者，曾因这一技术获得了“生命科学突破奖”（Breakthrough Prize），是CRISPR专利的有力竞争者。她领导的研究团队取得了诸多令人侧目的CRISPR研究成果。去年四月Doudna领导的研究团队在Science杂志上发表文章，为人们揭示了CRISPR-Cmr 复合体结合靶标的具体机制。他们通过冷冻电镜技术获得了天然III型Cmr复合体及其与目标RNA结合时的分子结构，获得了接近原子水平的高分辨率。
 
去年十月，Doudna及其同事在Nature杂志上发表文章指出，Cas9 的HNH核酸酶结构域构象状态直接控制了DNA切割活性。他们通过分子内荧光共振能量转移（FRET）实验，鉴定了HNH核酸酶结构域的一种激活构象。研究还证实，一个α-螺旋将HNH的构象改变传达给RuvC结构域，激活它实现DNA切割。

今年年初，Doudna的研究团队揭示了CRISPR-Cas9准备剪切DNA时的关键分子结构。在CRISPR-Cas系统中，Cas蛋白与小CRISPR RNA（crRNA）形成复合体，切割与RNA互补的外源DNA。R-loop是I型和 II型CRISPR-Cas的一个典型特征，基因组编辑常用的sgRNA就会和Cas9形成R-loop。为了阐明R-loop的作用，研究人员通过冷冻电镜获得了酿脓链球菌Cas9 R-loop的高分辨率结构。