近日發(fā)表在《分子細胞》雜志上的一項研究，一種名為CasMINI的緊湊高效的CRISPR-Cas系統(tǒng)可廣泛用于細胞工程和基因治療，因為它更容易進入細胞。
美國斯坦福大學(xué)生物工程助理教授齊磊表示，這是CRISPR基因組工程應(yīng)用向前邁出的關(guān)鍵一步。“據(jù)我們所知，作為一種基因組編輯技術(shù)，這是迄今為止最小的CRISPR。如果將Cas9視為分子剪刀，那么我們創(chuàng)造的就是一把包含多種功能的瑞士軍刀。”
CRISPR-Cas系統(tǒng)為開發(fā)各種遺傳疾病的基因療法提供了機會，但它們尺寸太大，遞送到細胞、組織或生物體中會受限制，從而阻礙臨床應(yīng)用，因此需要設(shè)計更加高效、緊湊的Cas系統(tǒng)。
一種可能的解決方案是Cas12f。該蛋白介于400—700個氨基酸之間，大小還不到目前使用的CRISPR系統(tǒng)(如Cas9或Cas12a)的一半。“近年來已經(jīng)鑒定出數(shù)千個CRISPR。”齊磊解釋說，“然而，超過99.9%的已發(fā)現(xiàn)CRISPR無法在人類細胞中發(fā)揮作用，這限制了它們作為基因組編輯技術(shù)的使用。”
在這項新研究中，齊磊及其團隊將RNA和蛋白工程應(yīng)用于Cas12f系統(tǒng)，以生成用于哺乳動物基因組工程的高效微型Cas系統(tǒng)。Cas12f天然起源于古細菌(單細胞生物)，這意味著它不太適合哺乳動物細胞，更不用說人類細胞或身體。但通過優(yōu)化單向?qū)NA設(shè)計并進行多輪迭代蛋白工程和篩選，研究人員最終生成了一類名為CasMINI的Cas12f變體。
工程化的Cas12f蛋白變體與工程化的單向?qū)NA相結(jié)合，表現(xiàn)出有效的基因調(diào)控和基因編輯活性。CasMINI可以驅(qū)動與Cas12a相關(guān)的高水平基因活性，并允許進行穩(wěn)健的堿基編輯和基因編輯。此外，它具有高度特異性，不會產(chǎn)生可檢測的脫靶效應(yīng)。
工程化CasMINI分子的大小僅為529個氨基酸。這種小尺寸使其適用于廣泛的治療。此外，CasMINImRNA可以很容易地包裝到脂質(zhì)納米顆粒或其他RNA遞送方式中，潛在地增強了其進入細胞的能力。
“微型CasMINI的可及性實現(xiàn)了新的應(yīng)用，從體外應(yīng)用(例如設(shè)計更好的腫瘤殺傷淋巴細胞或重編程干細胞)到體內(nèi)基因療法(治療眼睛、肌肉或肝臟的遺傳疾病)。”齊磊說，“它將成為治療遺傳疾病、治愈癌癥和逆轉(zhuǎn)器官退化的方法。”
總編輯圈點
與前幾代基因編輯工具，如鋅指酶相比，CRISPR系統(tǒng)已經(jīng)憑借其成本低廉、簡便易用，風靡全球眾多生物醫(yī)學(xué)實驗室，成為該領(lǐng)域無數(shù)科研人員手中的高效工具。盡管如此，CRISPR系統(tǒng)還難稱完美，所以它依然在不斷升級和完善之中。僅在近期，就有多個捷報傳來：例如開發(fā)出迄今為止最小的CRISPR、圍繞CRISPR系統(tǒng)開發(fā)RNA遞送平臺等等。這些研究進展都會使CRISPR這把“基因剪刀”越來越強大。(張夢然)
