CRISPR的修饰形式充当切换开关以控制干细胞中的基因表达

结合21世纪最强大的两种生物工具，格拉德斯通研究所的科学家们已经修改了如何使用CRISPR-Cas9系统的变体首次读取诱导多能干细胞(iPSCs)的基因组。该发展为创建遗传疾病的细胞模型提供了重大的技术进步。

在一项发表在细胞干细胞上的研究中，研究人员使用一种名为CRISPR干扰(CRISPRi)的CRISPR修饰版来灭活iPSCs和iPSCs产生的心脏细胞中的基因。该方法于2013年由当前论文的共同作者Stanley Qi博士首次报道，通过允许基因沉默或关闭 - 更精确和有效地显着改善原始CRISPR-Cas9系统。CRISPRi还具有逆转和精心控制基因抑制量的灵活性。

标准CRISPR系统使用蛋白质Cas9通过在细胞DNA中进行小切割来删除基因组的精确部分。CRISPRi通过使用Cas9蛋白的特殊去活化版本和另外的抑制蛋白KRAB构建该技术。这些蛋白质一起位于基因组上的靶点，并在不切割DNA的情况下抑制基因表达。令科学家们惊讶的是，以这种方式暂时沉默基因表达比永久性切割基因组更加一致。

“我们对两种系统之间在性能上的巨大差异感到惊讶，”资深作者，格拉德斯通心血管疾病研究所和格拉德斯通罗德登伯里干细胞中心的高级研究员布鲁斯康克林说。“我们认为永久性切割基因组将是更有效的沉默基因的方法，但事实上，CRISPRi是如此精确，与基因组结合得如此紧密，以至于它实际上是一种更好的沉默基因的方法。”

在这项研究中，研究人员比较了CRISPRi和CRISPR-Cas9对控制iPSC多能性的特定基因的沉默 - iPSC转变为多种细胞类型的能力。他们发现CRISPRi比CRISPR-Cas9更有效：在使用CRISPRi产生的95%以上的细胞中，靶基因被沉默，而仅有60-70%的细胞来自CRISPR-Cas9。CRISPRi也没有引起基因表达的任何脱靶变化，例如对细胞基因组的不期望的插入或缺失，这是CRISPR-Cas9的关注。

CRISPRi也像切换开关一样，使科学家能够通过简单地去除打开基因抑制剂的化学物质来逆转基因抑制。此外，研究人员还能够通过改变他们添加的化学物质来调整他们对基因的沉默程度。这两项结果都支持对影响发育和疾病的某些基因的作用进行更全面的研究。

研究人员证明了CRISPRi在干细胞制成的iPSCs，T细胞和心脏细胞中的增强功能。例如，他们使用基因组编辑创建了一种心脏病模型，以抑制心脏功能必需的基因。

“CRISPRi在制造与疾病相关的细胞类型方面具有重要优势，”第一作者，格拉德斯通研究科学家DPhil的Mohammad Mandegar说。“利用这项技术，我们可以模拟由iPSCs产生的同质心脏细胞群中的疾病。这一发展使我们能够更容易地研究遗传性疾病，并有可能确定新的治疗靶点。”