新的CRISPR工具被描述为带有马达的DNA粉碎机

一个国际科学家小组报告了一种基于CRISPR的新工具的开发，该工具就像一台碎纸机，能够通过可编程定位去除人体细胞中的长片段DNA。他们在分子细胞 (“使用I型CRISPR-Cas引入人类胚胎干细胞的长程基因组缺失谱”中)描述了他们如何成功地获得一种名为I型CRISPR-Cas3的不同类型的CRISPR-Cas系统作为人体细胞中的远程DNA编辑工具。

据密歇根大学科学家Yan Zhang博士介绍，该技术提供了一种定位和删除比现有Cas9工具更长的DNA范围的方法。应用包括基因研究，以了解疾病的基础，并可能，治疗与长链DNA相关的疾病。

“CRISPR-Cas系统可实现微生物适应性免疫，并提供真核基因组编辑工具。这些工具使用II型或V型CRISPR的单一效应酶来产生RNA引导的精确基因组断裂。在这里，我们证明使用I型CRISPR-Cas [在细菌中比在包括Cas9的II型变种中更常见]在人胚胎干细胞中利用单一RNA指导有效引入一系列远程染色体缺失的可行性。和HAP1细胞。I型CRISPR系统依靠多亚基核糖核蛋白(RNP)复合物Cascade来鉴定DNA靶标和解旋酶 - 核酸酶Cas3以逐步降解DNA，“研究者写道。

“通过RNP传递T. fuscaCascade和Cas3，我们获得了13-60%的编辑效率。基于长程PCR和基于高通量测序的病变分析显示，在靶位点的上游产生了从几百碱基对到100千碱基的各种缺失。这些结果突出了I型CRISPR-Cas在真核生物中进行远程基因组操作和缺失筛选的潜在效用。“

蛋白质优化和纯化方面的工作是在康奈尔大学教授Ailong Ke博士的实验室完成的，他是该论文的共同通讯作者。康奈尔大学研究生亚当杜兰和密歇根大学高级研究专家侯中刚博士是该论文的第一作者。

Zhang研究了细菌CRISPR-Cas9并开发了用于编辑人类细胞遗传物质的工具。Ke使用结构和生化方法检查了I型CRISPR。

该团队开始尝试将细菌CRISPR组分作为蛋白质传递到人类胚胎干细胞和HAP1细胞中。通过一个CRISPR指南，该团队成功地删除了从几百碱基对到100千碱基的靶DNA的部分。

张称Cascade-Cas3系统是“带有马达的DNA粉碎机”，因为它可以沿着DNA基因组移动一定距离，随着时间的推移分解遗传物质。

密歇根大学医学院生物化学助理教授张说：“Cas9是一种分子剪刀，可以在你想要的地方剪断，并剪一次。”“但Cas3可以到达您想要的地方，沿着染色体传播，并且可以进行数十千碱基的删除。这可以使它成为一个强大的筛选工具，以确定哪些大面积的DNA对特定疾病最重要。“

当科学家研究不含特定蛋白质代码的非编码长链DNA时，这可能特别有用;张先生继续说道，碎纸机技术可以让它们拆除一系列长时间的延伸，看看会发生什么。

此外，她补充说，Cas3在染色体上长距离传播的能力无法通过任何现有的Cas9技术完成。因此，Cas3的“核酸酶死亡”版本可以沿DNA传播但缺乏粉碎功能，可能为远程表观基因组工程提供强大的传递平台，Zhang解释说。

部分研究工作涉及如何获得人类干细胞以揭示是否已经删除任何DNA，因为如果切碎活性低，大多数涉及CRISPR-Cas9的研究开发的干细胞报告系列都不够灵敏。澳大利亚墨尔本大学的Sara Howden博士致力于构建一种敏感的双报告细胞系。

该团队的另一个挑战是弄清楚破碎机在完成契约后切碎了什么，使用下一代DNA测序并超越现有方法来查看Cas9产生的编辑。

Hou开发了一种基于转座酶的分析方法，密歇根大学生物化学，计算医学和生物信息学助理教授Peter Freddolino博士建立了定制信息学管道来分析深度测序结果。

Ke还在论文中指出，因为需要告诉碎纸机去哪里的指导RNA序列比CRISPR-Cas9系统中使用的序列更长，并且因为目标搜索和降解是两个分离良好的步骤，所以新方法是可能更好地控制。柯说，可能不太可能在他们不想要的地方做出错误的削减。

Zhang推测，这种新工具及其衍生物可用于治疗目的，但这种用途在未来数年内会有所用。

已经报道了一些基于CRISPR-Cas9的治疗用途，包括有争议的编辑受体基因，使得HIV能够进入据报在中国出生的两个婴儿的胚胎中的细胞。但是对于CRISPR-Cas9在人类患者DNA的正常区域进行无意识编辑的担忧也浮出水面。需要进一步的工作来确定碎纸机方法是否避免了这个问题。