新技術(shù)幫助CRISPR直搗細(xì)胞核，顯著提高編輯效率

越來越多的科學(xué)家開始使用強(qiáng)大的新型基因編輯技術(shù)CRISPR/Cas9，這項(xiàng)新技術(shù)來自細(xì)菌，具有治療一系列遺傳疾?。ㄈ缒野岳w維癥、肌肉萎縮癥和血友病等）的潛力。但是為了充分發(fā)揮作用，這個(gè)基因編輯工具必須安全通過細(xì)胞膜并進(jìn)入細(xì)胞核中，事實(shí)證明這個(gè)過程非常困難，因?yàn)樗鼤?huì)激發(fā)細(xì)胞的防御功能，使CRISPR/Cas9陷入陷阱中，這嚴(yán)重影響了CRISPR/Cas9的治療效果。
日前，來自馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的納米化學(xué)專家Vincent Rotello實(shí)驗(yàn)室的研究人員設(shè)計(jì)了一種新型納米顆粒遞送系統(tǒng)，可以協(xié)助CRISPR/Cas9避開細(xì)胞器的攝取、直接穿過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞核，相關(guān)研究成果發(fā)表在雜志《ACS Nano》上。
研究論文作者Rubul Mout解釋道：“CRISPR有兩個(gè)組分：一個(gè)被稱為Cas9的剪刀樣結(jié)構(gòu)及一個(gè)叫做sgRNA的可以引導(dǎo)Cas9結(jié)合靶基因的小RNA分子。一旦Cas9-sgRNA組合進(jìn)入細(xì)胞核并結(jié)合靶基因，它們就可以剪切靶基因并在宿主細(xì)胞DNA修復(fù)機(jī)制的幫助下修正這些基因?！?
他指出自從CRISPR的應(yīng)用前景在2012年被發(fā)現(xiàn)以來，基因編輯或者基因組工程迅速變成了生物學(xué)及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，研究人員的目標(biāo)是通過操縱致病基因以治療其他手段無法治療的疾病。“但是為了更好地完成這些目標(biāo)，生物技術(shù)及藥物開發(fā)公司一直在尋找更有效地CRISPR輸送方法?！彼a(bǔ)充道。

這項(xiàng)由Rotello、Mout及其同事開發(fā)的新遞送系統(tǒng)包括一種工程化的Cas9蛋白（Cas9En）以及納米顆粒載體——金納米顆粒。Rotello說道：“通過合理地調(diào)節(jié)Cas9En蛋白和金納米顆粒之間的相互作用，我們成功地構(gòu)建了這種藥物輸送載體，這個(gè)載體可以攜載Cas9蛋白及sgRNA，當(dāng)它與細(xì)胞膜接觸時(shí)，可以直接與細(xì)胞膜融合，然后將Cas9-sgRNA直接釋放到細(xì)胞質(zhì)中?！?
“Cas9蛋白具有一段核引導(dǎo)序列，可以引導(dǎo)蛋白進(jìn)入細(xì)胞核?！彼a(bǔ)充道，“我們將Cas9蛋白和sgRNA直接輸送到了細(xì)胞核中，它們不會(huì)滯留在內(nèi)涵體或者溶酶體等細(xì)胞器中，我們通過復(fù)雜的顯微成像技術(shù)實(shí)時(shí)觀察并確認(rèn)了這個(gè)輸送過程?！?
Mout及其同事解釋說他們現(xiàn)在可以將Cas9-sgRNA輸送到培養(yǎng)的90%的細(xì)胞中，基因編輯效率約為30%?！昂推渌斔头椒ㄏ啾?，90%的胞質(zhì)/核輸送効率是相當(dāng)高的?！盡out指出。
研究人員相信這個(gè)輸送平臺(tái)還可以用其他的納米顆粒組建，如高分子納米顆粒、脂質(zhì)體及自組裝肽等。Rotello說道：“現(xiàn)在我們已經(jīng)在培養(yǎng)皿細(xì)胞中達(dá)到了較高的基因編輯效率，接下來我們將在臨床前動(dòng)物模型中進(jìn)行基因編輯。我們也有興趣將這項(xiàng)技術(shù)用于細(xì)胞過繼治療，我們可以從病人身上分離出不正常細(xì)胞，然后在實(shí)驗(yàn)室采用CRISPR進(jìn)行修正，后再回輸?shù)讲∪梭w內(nèi)?！?
除了基因編輯之外，這種新的輸送體系還具有其他用處，如生物學(xué)和醫(yī)學(xué)中的一個(gè)重要問題就是細(xì)胞內(nèi)DNA和RNA的追蹤，而近CRISPR已經(jīng)開始在這方面有所應(yīng)用。Rotello實(shí)驗(yàn)室的另一名研究人員Moumita Ray說道：“我們的新方法可以準(zhǔn)確地監(jiān)控Cas9蛋白在細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，這將為基因組研究創(chuàng)造新的機(jī)會(huì)。”
原文出處

Over coming hurdles in CRISPR gene editing to improve treatment

https://phys.org/news/2017-02-hurdles-crispr-gene-treatment.html

研究原文

Direct Cytosolic Delivery of CRISPR/Cas9-Ribonucleoprotein for Efficient Gene Editing