發(fā)布日期：2017-10-17
在CRISPR基因編輯系統(tǒng)改良版的基礎(chǔ)上，麻省理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新的方法來(lái)篩選保護(hù)特定疾病的基因。該研究由埃里森醫(yī)學(xué)基金會(huì)（Ellison Medical Foundation）和美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）資助。
資料顯示，CRISPR（Clustered regularly interspaced short palindromic repeats）是生命進(jìn)化歷史上細(xì)菌和病毒進(jìn)行斗爭(zhēng)產(chǎn)生的免疫武器，科學(xué)家們將對(duì)蛋白Cas9的操作技術(shù)先后對(duì)多種目標(biāo)細(xì)胞DNA進(jìn)行切除。這種技術(shù)被稱(chēng)為CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)，并迅速成為生命科學(xué)最熱門(mén)的技術(shù)。
CRISPR通常用于編輯或刪除活細(xì)胞中的基因。然而，麻省理工學(xué)院的研究小組將其應(yīng)用于在大量隨機(jī)開(kāi)閉的基因細(xì)胞群中，使研究人員能夠識(shí)別出那些能夠保護(hù)與帕金森癥相關(guān)的細(xì)胞的蛋白質(zhì)基因。
麻省理工學(xué)院（MIT）電子工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)、生物工程副教授Timothy Lu說(shuō)，這項(xiàng)新技術(shù)在《分子細(xì)胞》雜志上發(fā)表。不僅限于是帕金森氏癥，它還為許多疾病提供了尋找藥物靶點(diǎn)的新方式。
“這項(xiàng)技術(shù)的藝術(shù)性在于，它“瞄準(zhǔn)”的是兩個(gè)或三個(gè)基因，在進(jìn)行后續(xù)的效果觀(guān)測(cè)。但我們認(rèn)為，那些需要被調(diào)節(jié)以適應(yīng)疾病的的基因組實(shí)際上遠(yuǎn)不止兩三個(gè)基因。”Lu說(shuō)。Lu是這項(xiàng)研究的核心作者，作者還包括博士后陳穎周和研究生Fahim Farzadfard。
基因編輯“開(kāi)還是關(guān)”？
2016年底，來(lái)自美國(guó)馬薩諸塞大學(xué)醫(yī)學(xué)院和加拿大多倫多大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)首批已知的CRISPR/Cas9活性“關(guān)閉開(kāi)關(guān)”，從而為CRISPR/Cas9編輯提供更好的控制。
CRISPR基因編輯系統(tǒng)由一種以特定基因組序列為目標(biāo)的、名為Cas9的DNA切割酶和短RNA引導(dǎo)鏈組成，它會(huì)“告訴”Cas9應(yīng)該在哪里進(jìn)行“切割”。通過(guò)此系統(tǒng)，科學(xué)家們可以在活體動(dòng)物的基因組中做出有針對(duì)性的突變，或刪除基因，或插入新的基因。
在這項(xiàng)新的研究中，麻省理工學(xué)院的研究小組使Cas9的切割能力失活，并設(shè)計(jì)了一種蛋白質(zhì)，這樣在與目標(biāo)位點(diǎn)結(jié)合后，它就會(huì)調(diào)出轉(zhuǎn)錄因子（指需要激活基因的蛋白質(zhì)）。
將這個(gè)版本的Cas9和引導(dǎo)RNA鏈傳遞到單個(gè)細(xì)胞中后，研究人員可以將目標(biāo)鎖定到單個(gè)細(xì)胞的某一個(gè)基因序列。根據(jù)特定的引導(dǎo)序列，每一個(gè)引導(dǎo)RNA都可能擊中單個(gè)基因或多個(gè)基因，使得研究人員可以在整個(gè)基因組中隨機(jī)篩選影響細(xì)胞的存活基因。
“我們采取客觀(guān)中立的方法，而不是根據(jù)興趣偏向選取特定基因。”Lu說(shuō)。“通過(guò)這種方法，我們可以篩選出那些在神經(jīng)退行性疾病模型中具有異常強(qiáng)烈保護(hù)性活動(dòng)的RNA。”
研究人員在酵母細(xì)胞α-突觸核蛋白中使用了這項(xiàng)技術(shù)，這些酵母細(xì)胞是通過(guò)基因工程來(lái)生產(chǎn)一種與帕金森氏病相關(guān)的蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)在帕金森氏癥患者的大腦中形成團(tuán)塊，通常對(duì)酵母細(xì)胞有毒性。
基于此，麻省理工學(xué)院的研究小組發(fā)現(xiàn)了一種具有強(qiáng)作用的RNA鏈，它使細(xì)胞活性比其他保護(hù)這種酵母細(xì)胞的單個(gè)基因要更有效得多。
進(jìn)一步的基因篩選結(jié)果顯示，許多由這個(gè)RNA鏈所開(kāi)啟的基因都是分子伴侶性蛋白，幫助其他蛋白質(zhì)“折疊”成正確的形狀。研究人員推測(cè)，這些分子伴侶性蛋白以幫助合成α-突觸核蛋白，這可以防止它形成團(tuán)塊。
其他由上述RNA激活的基因編碼線(xiàn)粒體蛋白質(zhì)幫助細(xì)胞調(diào)節(jié)其能量代謝、參與包裝和運(yùn)輸其他蛋白質(zhì)中包含的蛋白質(zhì)?，F(xiàn)在，研究人員正在研究這些RNA能否獨(dú)立激活這些基因，或者說(shuō)，它是否能激活一個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)基因，再將其他基因激活。
保護(hù)作用
Lu表示，一旦研究人員在酵母菌中鑒定出這些基因，他們就會(huì)在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中測(cè)試人類(lèi)神經(jīng)元中的類(lèi)似物，這也會(huì)使α-突觸核蛋白過(guò)量。另一方面，這些人類(lèi)基因也對(duì)α-突觸核蛋白誘導(dǎo)的死亡起到了保護(hù)作用，它們可以作為治療帕金森氏癥的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)試。
波士頓大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程助理教授Wilson Wong說(shuō)，這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了CRISPR/Cas9實(shí)際應(yīng)用的多樣性。“更有趣的是，他們可以使用酵母作為基因篩選的引子，并識(shí)別出對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞中α-突觸核蛋白毒性，以此保護(hù)RNA，”并未參與這項(xiàng)研究的Wong說(shuō)，“這項(xiàng)研究為使用隨機(jī)RNA和酵母菌在復(fù)雜的人類(lèi)生物學(xué)中鋪平道路。”
Lu的實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在正在使用這種方法來(lái)篩選與其他疾病相關(guān)的基因，值得慶幸的是，研究人員似乎已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些可以預(yù)防衰老的基因。
來(lái)源：億歐網(wǎng)
