CRISPR-Cas9是當(dāng)下最為火熱的基因編輯技術(shù)之一。由于其簡(jiǎn)潔性與精準(zhǔn)性，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于在DNA雙鏈分子上切開(kāi)一個(gè)口子。隨后，細(xì)胞會(huì)對(duì)這個(gè)口子進(jìn)行修復(fù)——它們要么直接添加上數(shù)個(gè)堿基，破壞原有基因的功能，起到“基因敲除”的效果，要么利用單鏈DNA模板，引入新的序列，對(duì)基因進(jìn)行編輯。這兩者也分別被稱為“非同源性末端接合”與“同源介導(dǎo)修復(fù)”。
但我們也不得不承認(rèn)，對(duì)于CRISPR-Cas9系統(tǒng)背后的機(jī)理，我們其實(shí)并沒(méi)有完全摸清。“在醫(yī)學(xué)或合成生物學(xué)領(lǐng)域，使用CRISPR-Cas9的應(yīng)用熱情非常高漲，但沒(méi)有人真的知道在細(xì)胞里會(huì)發(fā)生些什么，”加州大學(xué)伯克利分校的Chris Richardson博士說(shuō)道：“這套系統(tǒng)會(huì)帶來(lái)一些雙鏈DNA的斷裂，我們只能依賴細(xì)胞去修復(fù)它們。人們并不是非常清楚這一流程。”
為了尋找到背后的關(guān)鍵，Richardson博士與其導(dǎo)師Jacob Corn教授一道，做了一個(gè)大型的篩選。他們找到了2000多個(gè)可能參與到雙鏈DNA修復(fù)的基因，然后挨個(gè)進(jìn)行刪除，看看它們對(duì)CRISPR基因編輯后的修復(fù)會(huì)有怎樣的影響。令人意外的是，大部分對(duì)DNA修復(fù)起到關(guān)鍵作用的基因，看起來(lái)好像和CRISPR沒(méi)有關(guān)系。
有趣的是，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了另一條罕見(jiàn)的基因修復(fù)通路參與了CRISPR-Cas9引起的基因編輯。這條通路里有21個(gè)不同的蛋白質(zhì)，一旦有任何一個(gè)蛋白受損，就會(huì)引起一種叫做范可尼貧血癥（Fanconi anemia）的罕見(jiàn)疾病。這條基因修復(fù)通路早在幾十年前就被發(fā)現(xiàn)了，但人們一直以為它只會(huì)參與一類罕見(jiàn)的DNA損傷修復(fù)。誰(shuí)也沒(méi)有想到，它還和CRISPR-Cas9有關(guān)。
具體來(lái)說(shuō)，這條基因修復(fù)通路里的FANCD2蛋白會(huì)在CRISPR-Cas9造成的雙鏈DNA缺口處積聚，表明它在DNA修復(fù)中的重要作用。通過(guò)對(duì)FANCD2蛋白的調(diào)控，我們甚至還能提高細(xì)胞對(duì)DNA的修復(fù)效率！
此外，這個(gè)蛋白還能帶來(lái)其他新應(yīng)用。“既然FANCD2能在Cas9切開(kāi)的位點(diǎn)積聚，那么我們就能用它來(lái)標(biāo)示Cas9帶來(lái)的切口，” Richardson博士說(shuō)道：“如果你對(duì)一些細(xì)胞進(jìn)行了編輯，想要知道靶向或是脫靶的切口在哪里，你只要尋找這些FANCD2蛋白就可以了。”
“基因編輯是一項(xiàng)具有大量潛力的技術(shù)，但目前，我們還在不斷試錯(cuò)。它在人類細(xì)胞中的具體運(yùn)作機(jī)制依舊是個(gè)黑匣子，有許多假設(shè)，” Corn教授評(píng)論道：“現(xiàn)在，我們終于開(kāi)始了解它背后的機(jī)制了。”
研究人員們指出，通過(guò)對(duì)機(jī)制的進(jìn)一步理解，我們有望提高基因編輯的效率，開(kāi)發(fā)出更多有效的療法。在這個(gè)基因療法的時(shí)代，我們期待能見(jiàn)證更多創(chuàng)新療法的問(wèn)世，造福廣大患者！
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