自從CRISPR基因組編輯技術(shù)于2012年發(fā)明以來，它已經(jīng)顯示出治療許多難治性疾病的巨大希望。然而，科學(xué)家們一直在努力確定治療相關(guān)細(xì)胞類型的潛在脫靶效應(yīng)，這仍然是將治療方法轉(zhuǎn)移到臨床的主要障礙?，F(xiàn)在，格拉德斯通研究所和創(chuàng)新基因組學(xué)研究所(IGI)的一組科學(xué)家與阿斯利康的合作者已經(jīng)開發(fā)出一種可靠的方法來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

CRISPR通過在特定位置切割DNA來編輯人的基因組。面臨的挑戰(zhàn)是確保該工具不會(huì)在DNA的其他地方進(jìn)行切割 - 損害稱為“脫靶效應(yīng)”，這可能會(huì)帶來無法預(yù)料的后果。

在明天將發(fā)表在“科學(xué)”雜志上的一項(xiàng)研究中，兩位第一作者Beeke Wienert和Stacia Wyman找到了解決問題的新方法。

“當(dāng)CRISPR切割時(shí)，DNA被破壞，”Wienert博士說道，他開始在Jacob E. Corn的IGI實(shí)驗(yàn)室工作，現(xiàn)在是格拉德斯通Bruce R. Conklin實(shí)驗(yàn)室的博士后學(xué)者。“因此，為了生存，細(xì)胞將許多不同的DNA修復(fù)因子募集到基因組中的特定位點(diǎn)以修復(fù)斷裂并將切割末端連接在一起。我們認(rèn)為如果我們能夠找到這些DNA修復(fù)因子的位置，我們可以確定被CRISPR切割的網(wǎng)站。“

為了測試他們的想法，研究人員研究了一組不同的DNA修復(fù)因子。他們發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)叫MRE11，是切割現(xiàn)場的第一個(gè)響應(yīng)者之一?？茖W(xué)家利用MRE11開發(fā)了一種名為DISCOVER-Seq的新技術(shù)，該技術(shù)可以識(shí)別出CRISPR切割基因組的確切位點(diǎn)。

“人類基因組非常龐大 - 如果你打印出完整的DNA序列，你最終會(huì)得到一本高達(dá)16層的小說，”格拉德斯通的高級(jí)研究員兼IGI副主任康克林說。“當(dāng)我們想用CRISPR切割DNA時(shí)，就像我們試圖刪除該小說中特定頁面上的一個(gè)特定單詞一樣。”

“你可以將DNA修復(fù)因素視為書中添加的不同類型的書簽，”康克林補(bǔ)充道。“雖然有些人可能會(huì)將整個(gè)章節(jié)加入書簽，但MRE11卻是一個(gè)書簽，可以精確到完所有的字母。”

目前存在檢測CRISPR脫靶效應(yīng)的不同方法。然而，它們具有從產(chǎn)生假陽性結(jié)果到殺死它們正在檢查的細(xì)胞的限制。此外，迄今為止最常用的方法目前僅限于在實(shí)驗(yàn)室中用于培養(yǎng)細(xì)胞，不包括其在患者來源的干細(xì)胞或動(dòng)物組織中的用途。

“因?yàn)槲覀兊姆椒ㄒ蕾囉诩?xì)胞的自然修復(fù)過程來識(shí)別切口，所以它已被證明侵入性更小，更可靠，”現(xiàn)在在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院開設(shè)實(shí)驗(yàn)室的Corn博士說。“我們能夠在誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，患者細(xì)胞和小鼠中測試我們新的DISCOVER-Seq方法，我們的研究結(jié)果表明，這種方法可以用于任何系統(tǒng)，而不僅僅是在實(shí)驗(yàn)室中。”

DISCOVER-Seq方法通過應(yīng)用于新的細(xì)胞類型和系統(tǒng)，也揭示了CRISPR用于編輯基因組的機(jī)制的新見解，這將導(dǎo)致更好地理解該工具如何工作的生物學(xué)。

“這種新方法大大簡化了識(shí)別脫靶效應(yīng)的過程，同時(shí)也提高了結(jié)果的準(zhǔn)確性，”康克林說，他也是加州大學(xué)舊金山分校(UCSF)的醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)和分子藥理學(xué)教授。“這可以讓我們更好地預(yù)測基因組編輯如何在臨床環(huán)境中發(fā)揮作用。因此，它代表了改善臨床前研究和使基于CRISPR的療法更接近有需要的患者的重要步驟。”