科学家破解了CRISPR代码 用于精确的人类基因组编辑

弗朗西斯克里克研究所的科学家发现了一套简单的规则来确定人类细胞中CRISPR / Cas9基因组编辑的精确度。这些规则发表在Molecular Cell上，有助于提高实验室和诊所基因组编辑的效率和安全性。尽管CRISPR系统被广泛使用，但是基因组编辑的结果是不可预测的，导致在靶位点处DNA区域的随机缺失或插入的假设阻碍了该技术的合理应用。在将CRISPR安全地应用于临床之前，科学家需要确保它们能够可靠地准确预测DNA的修饰方式。

“直到现在，用CRISPR 编辑基因涉及大量的猜测，挫折和反复试验，”负责这项研究的克里克组织领导人Paola Scaffidi说。“CRISPR的影响被认为是不可预知的，看似随意，但通过分析数百我们感到震惊的编辑发现，其背后还有这一切其实很简单，可预测的模式，这将从根本上改变我们使用CRISPR的方式，让我们更精确地研究基因功能，并显着加速我们的科学研究。“

通过检查CRISPR基因组编辑对人类细胞中 450个基因的1491个靶位点的影响，该团队发现可以根据简单的规则预测结果。这些规则主要依赖于一个遗传“字母”占据“指导RNA”识别的区域中的特定位置来指导分子剪刀Cas9。

指导RNA是由大约20个遗传字母(A，T，C，G)组成的合成分子，设计用于结合靶基因中特定的DNA区段。每个遗传信件都有一个互补的伙伴 - A与T结合，C与G结合，G-like像Velcro一样粘在一起。指导RNA就像魔术贴的“钩”侧，旨在坚持目标基因的“环”侧。

在RNA分子的指导下，Cas-9酶沿基因组扫描，直至找到感兴趣的区域。当RNA指南与正确的DNA序列匹配时，它会像维可牢尼龙搭扣一样粘在一起，而Cas9则会穿过DNA。DNA从目标序列的末端被打破三个字母，然后当细胞试图修复断裂时，插入或删除遗传密码的位，似乎是偶然的。

在这项研究中，研究人员发现特定基因编辑的结果取决于RNA指南末端的第四个字母，与切割位点相邻。研究小组发现，如果这封信是A或T，那么将会有一个非常精确的遗传插入; C将导致相对精确的删除，G将导致许多不精确的删除。因此，简单地避免含有G的位点使得基因组编辑更加可预测。

“我们惊讶地发现确定CRISPR人类基因组编辑结果的规则非常简单，”Wellcome Trust临床博士Anob Chakrabarti博士说。克里克生物信息学和计算生物学实验室的研究员，也是该研究的第一作者。“通过在设计指导RNA时考虑到这些规则，我们可以最大限度地获得特定基因编辑的预期结果 - 这在临床环境中尤为重要。”

该团队还发现，目标DNA的“开放”或“封闭”也会影响基因编辑的结果。添加迫使DNA开放的化合物 - 允许Cas9扫描基因组 - 导致更有效的编辑，这可能有助于在特别封闭的基因中引入修饰。

“好消息是，无论原始组织如何影响特定基因的DNA开放程度 - 在关键位置含有A或T的目标区域都显示出共同的编辑，”Paola说。“这意味着，如果我们仔细选择目标DNA，我们可以相信我们会在不同的组织中看到相同的效果。”

Josep Monserrat，Crick Ph.D. 癌症表观遗传学实验室的学生和该研究的第一作者说：“我们之前没有意识到DNA开放性在确定CRISPR 基因组编辑效率方面的重要性。这可能是另一个需要考虑的因素。我们很高兴地观察到不同的细胞类型在精确的目标区域共享共同的编辑，并希望我们的研究结果的翻译将有利于跨学科。“