【Cell】CRISPR基因编辑升级版：一个不改变DNA序列的可逆可遗传高特异性的技术

在过去的十年中，CRISPR-Cas9基因编辑技术彻底改变了基因工程领域。科学家可以使用基因编辑技术对生物体的DNA进行进行修剪、切断、替换或添加，Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna 两大科学家也因CRISPR基因编辑荣获诺贝尔化学奖。

尽管基因编辑技术在基因研究、疾病防治和遗传改良等方面展示出了巨大的潜力，但由于CRISPR-Cas9编辑涉及切割DNA链，会导致细胞遗传物质发生永久改变等不可控结果，所以科学家开始寻找另一种不会改变DNA序列但会改变它们在细胞中读取的方式基因编辑器。

功夫不负苦心人，经过四年研究，美国加州大学旧金山分校（UCSF）的Jonathan S. Weissman实验室与Luke A. Gilbert实验室合作创建了可逆基因编辑器，并于2020年4月9日在《Cell》上发表了研究成果，题为“Genome-wide programmable transcriptional memory by CRISPR-based epigenome editing”。研究人员以CRISPR系统为基础，描述了一种名为CRISPRoff的新基因编辑技术，该技术使研究人员可以在不改变DNA序列的情况下使某些基因“沉默”，从而以高特异性控制基因表达。

在这里，CRISPRoff是一个可编程的表观遗传记忆“书写器”，主要通过促进靶位点附近的DNA甲基化来实现持久可遗传的基因转录抑制。

研究人员说“借助这项新的CRISPRoff技术，你可以编写一个程序，该程序可以被细胞无限地记住和执行。从某种意义上说，这是CRISPR-Cas9的2.0版，该版本更安全，同样有效，并且可以完成所有的和超额的工作。”

那么CRISPRoff技术是起什么作用呢？

研究人员模仿天然DNA甲基化的表观遗传编辑器，创建了一个微型蛋白质机器。该机器在单向导RNA（sgRNAs）的引导下可以将甲基粘在链的特定位点上，然后将这些甲基化的基因“沉默”。

由于这种方法不会改变DNA链的序列，研究人员可以使用去除甲基的酶来逆转沉默，这种方法被他们称为CRISPRon，即CRISPRoff表观遗传记忆可以使用CRISPRon进行逆转。

当他们在不同条件下测试CRISPRoff时，研究人员发现，CRISPRoff甚至能够让没有大型甲基化区域(称为CpG岛)的基因沉默，并揭示了超越注释的CGI的广泛靶向窗口。

Gilbert说：“在这项工作之前，人们曾认为30％没有CpG岛的基因不受DNA甲基化的控制。” “但是我们的工作清楚地表明，您不需要CpG岛是可以通过甲基化来关闭基因的。”

同时，为了验证其在临床中的作用，科学家在诱导多能干细胞中测试了该方法。研究人员选择了一种在干细胞中沉默的基因，然后诱导它们转变为神经元。当研究人员在神经元中寻找相同的基因时，他们发现该基因在90％的细胞中都保持沉默，这表明即使改变细胞类型，细胞仍保留着由CRISPRoff系统进行的表观遗传修饰的记忆。

在此，我们总结如下：

（1）CRISPRoff是一种单一的融合蛋白，可对可遗传的表观遗传记忆进行编程

（2）CRISPRoff可以遗传沉默大多数基因，包括没有CpG岛的基因

（3）CRISPRoff具有高度特异性，并且在基因启动子之间具有广泛的靶向窗口

（4）CRISPRoff表观遗传记忆通过诱导多能干细胞分化为神经元而持续存在

CRISPRoff甚至在CpG岛之外也具有启动可遗传基因沉默的广泛能力，扩展了基于甲基化的沉默的典范模型，并实现了多种应用，包括全基因组筛选，多重细胞工程，增强沉默和表观遗传继承的机制探索。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)00353-6?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867421003536%3Fshowall%3Dtrue