Cell子刊：用小分子化合物提高CRISPR效率

  能够精确地编辑细胞的基因组，CRISPR技术成为了近年来最令人兴奋的科学进展之一。然而，尽管这一方法具有惊人的潜力，其效率却极其低下。幸运的是，来自Gladstone研究所和斯坦福大学的科学家们已经找到了一种方法，通过导入几个关键的化合物提高了CRISPR的效率。这一重要研究成果发表在2月5日的《细胞干细胞》（Cell stem cell）杂志上。

  Gladstone研究所资深研究员丁胜（Sheng Ding）博士以及斯坦福大学的齐磊（Lei Stanley Qi，音译）是这篇论文的共同资深作者。丁胜博士是知名的干细胞领域华人科学家，在合成化学、干细胞生物学以及药物研发技术方面具有很强的科研实力和独特见解，创造性地开拓了“干细胞化学生物学”这一前沿性新领域。齐磊博士近年来也在CRISPR研究领域取得一系列突破性进展，在Cell、Nature Biotechnology、Nature Methods等杂志上接连发表了多篇研究论文。

  论文的第一作者、Gladstone研究所博士后Chen Yu说：“当前，CRISPR技术面对一个权衡问题：尽管这一技术非常精确，但也极其低效。我们通过导入一些小分子来改善了这一情况，在维持技术精确性的同时提高了它的效率。”

  CRISPR技术是将一种蛋白质传送到细胞中，使其在精确的特异位点切割基因组。在删除缺陷基因后科学家们可以让细胞的DNA重新融合到一起，或是将新的基因插入到删除基因的位置中，以好的DNA来替换坏的DNA。

  在这篇Cell stem cell文章中，研究人员成功地鉴别出了两种小分子，它们可以显著地促进新的遗传物质插入到细胞DNA中。在他们的研究过程中，科学家们还发现了两种可抑制插入而促进DNA删除的化合物，表明这两个过程在细胞中发挥了竞争作用。

  值得注意的是，研究人员在几个不同的细胞系，包括诱导多能干细胞和组织特异性细胞中均成功地实现了这种基因组操控。这尤其的重要，它表明了这种方法适用于各种细胞类型中来构建疾病模型，并可帮助发现一些新的疾病特异性治疗方法。

  丁胜博士说，这一研究发现的潜力超出了提高CRISPR的效率。“这项研究第一次证实了，我们可以利用一些小分子来成功地进行基因组工程操控。这赋予了我们更大的能力，使得我们能够利用一些化合物来调节这一机器以及开启或关闭它，这对于调控基因组编辑过程具有重要影响。”

  原文摘要：

  Small Molecules Enhance CRISPR Genome Editing in Pluripotent Stem Cells

  The bacterial CRISPR-Cas9 system has emerged as an effective tool for sequence-specific gene knockout through non-homologous end joining (NHEJ), but it remains inefficient for precise editing of genome sequences. Here we develop a reporter-based screening approach for high-throughput identification of chemical compounds that can modulate precise genome editing through homology-directed repair (HDR). Using our screening method, we have identified small molecules that can enhance CRISPR-mediated HDR efficiency, 3-fold for large fragment insertions and 9-fold for point mutations. Interestingly, we have also observed that a small molecule that inhibits HDR can enhance frame shift insertion and deletion (indel) mutations mediated by NHEJ. The identified small molecules function robustly in diverse cell types with minimal toxicity. The use of small molecules provides a simple and effective strategy to enhance precise genome engineering applications and facilitates the study of DNA repair mechanisms in mammalian cells.

  作者简介：

  丁胜