Nature：「基因剪刀」—CRISPR-Cas9變「鈍「為自體免疫病研究提供新啟示

本文系生物谷原創編譯，歡迎分享，轉載須授權！

我們機體細胞中含有22000個基因，但對於每個細胞來說，其常用的基因組合往往各不相同。這種基因表達與抑制的特徵最終影響了細胞類型的形成，例如腎臟、大腦、皮膚、心臟等等。

為了調控這種基因表達的特徵，基因組中存在很多調控元件，它們受外界信號的影響對基因的表達「開閉」進行精確地調控。其中有一類叫「增強子」的元件，這段序列與基因編碼區相隔幾萬個鹼基對，但仍具有增強基因表達的能力。基因表達調控的紊亂會導致很多疾病的發生，但由於它們的功能存在嚴格的時空特性，即僅僅在特定的條件下、特定的細胞中會發揮作用，因此往往難以研究。

（圖片來源： Mulepati, S., Bailey, S.; Astrojan/Wikipedia/ CC BY 3.0）

如今，來自加利福尼亞大學的研究者們利用修飾后的CRISPR系統尋找增強子，這一更新后的工具並不具有基因編輯能力，相反地，它能夠精確地定位增強子存在的區域。根據最近發表在《nature》雜誌上的相關結果，來自UCSF的研究者們利用這種叫做CRISPR activation （CRISPRa）的工具成功地找到了調控免疫細胞發育的增強子。這段序列對於自體免疫疾病的發生具有重要的作用。

CRISPR技術能夠使得研究者們快速地理解表達蛋白質的基因的功能。最常用的一項應用就是將其與CAS9酶聯合使用，對特定的DNA序列進行剪切。利用這一技術，研究者們能夠快速且精確地對任何基因進行編輯，從而觀察這些改變對細胞或機體功能的影響。

然而基因佔據基因組的比例不足2%，而剩餘包括增強子在內的98%的序列難以研究。研究者們能夠尋找通過蛋白質與DNA的結合特徵尋找潛在的增強子區域，但關於增強子與基因的相互作用則十分困難。此外，由於增強子活性存在嚴格的時空特性，因此僅僅通過CRISPR-CAS9技術切除增強子區域並不會起到多大幫助。

而來自USCF的Jonathan Weissman教授等人開發出的這種叫做「CRISPRa」的技術則能夠對增強子進行精確地激活。與傳統的CRISPR-CAS9技術不同，CRISPRa利用修飾后的Cas9酶與CRISPR聯合使用，能夠在找到特定DNA序列之後進行靶向激活，而非切割。該技術最早是應用於尋找啟動子區域，而這一次研究者們則試圖尋找增強子區域。

具體地，研究者們研究的是一種編碼「IL2RA」的蛋白的基因。該蛋白對於T細胞的功能具有重要的作用。IL-2RA能夠決定T細胞啟動炎症反應或進行免疫抑制。如果該基因的增強子區域出現故障，那麼細胞將難以起到抑制炎症反應的能力，從而導致自體免疫疾病的發生。

通過對IL2RA上游的DNA序列進行連續篩選，作者發現一段序列對於調控IL2RA的產生具有重要的作用，並最終證明其為IL2RA基因的增強子。

研究者們希望下一步對這一技術進行擴展，或許能夠同時對更多的基因進行增強子篩選。此外，他們還希望這一方法能夠用於研究所有類型細胞的遺傳互作情況。

資訊出處：Blunting CRISPR's 'scissors' gives new insight into autoimmune disorders

資訊鏈接：https://medicalxpress.com/news/2017-08-blunting-crispr-scissors-insight-autoimmune.html

原始出處：Dimitre R. Simeonov et al. Discovery of stimulation-responsive immune enhancers with CRISPR activation, Nature (2017). DOI: 10.1038/nature23875

原始鏈接：http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature23875.html