CRISPR的史上最高精度！Jennifer DoudnaNature新作点亮基因编辑转化的未来

近日，Jennifer Doudna团队研究发现Cas9蛋白的特定变体可以提供更为精准、脱靶率更低的目的基因切割，这种新型Cas9蛋白的引入将CRISPR技术脱靶率降低到了有史以来的最低水平，有望帮助彻底解决CRISPR技术在应用上的“脱靶效应”。

该研究对应文章发表于最新上线的Nature杂志，题为“Enhanced proofreading governs CRISPR–Cas9 targeting accuracy。”

在这项最新研究中，科学家利用单分子荧光共振能量转移技术(FRET,Förster resonance energy transfer）精准测量了Cas9-sgRNA复合物结合DNA时REC3、REC2 以及HNH等Cas9蛋白结构域的具体变化方式。

研究发现当Cas9-sgRNA复合物结合DNA时，Cas9特定变体的HNH结构域开关阈值相比野生型更高，这种升高的开关阈则使得Cas9在结合非靶DNA的时候能够中止引导切割，从而提高基因编辑的精准度。

在Cas9-sgRNA复合物结合DNA的同时，Cas9蛋白REC3结构域会对靶向结合的准确性进行感知，向REC2结构域发出信号进而为HNH核酸酶提供工作位，激活Cas9的切割作用。

“如果能让Cas9蛋白REC3结构域中的某些特定氨基酸残基发生突变，那么我们就能够对Cas9的靶向切割活性进行相应调整，提高Cas9蛋白的特异性与精准性；现在，我们能够确定Cas9蛋白REC3结构域中的这个“完美平衡点”，通过对其调整来实现在确保Cas9蛋白特异切割活性的同时大幅降低其脱靶率。”文章的第一作者Janice S. Chen表示。

在这项最新研究中，科学家发现Cas9蛋白REC3结构域的特定突变能够大幅改变Cas9蛋白的特异性，使HNH核酸酶在错配情况下完全失去被激活的可能。在这项最新研究中，科学家通过对这些具体结构域的调整设计了一种超精确的Cas9蛋白——HypaCas9（hyper-accurate Cas9）。

随后的实验证明，HypaCas9在保持其原有中靶率的同时具有更高的精准性。

研究人员表示作为DNA切割的主要调控者，Cas9在整个基因编辑系统中的角色绝对不可小觑。而对其关键结构域的重新设计则有望帮助科学家们设计更为优良的Cas9突变体，在最大的程度上降低CRISPR/Cas9系统的错靶率，克服阻碍这一技术用于治疗疾病的主要障碍。

Doudna和她的同事们则希望能够通过对Cas9结构、功能与动力学关系的继续探究进一步对其进行高度灵敏改造，使其产生更多的可靠变异以促进该技术临床转化的最终实现。

参考文献

Janice S. Chen, Yavuz S. Dagdas, Benjamin P. Kleinstiver et al. Enhanced proofreading governs CRISPR–Cas9 targeting accuracy. Nature, Published online 20 September 2017, doi:10.1038/nature24268