科学家使用一种称为CRISPR的分子解剖刀 迅速对基因组材料进行了精确切割
在一系列使用人类癌细胞系的实验中,约翰霍普金斯大学医学院的科学家说,他们已经成功地利用光作为触发因素,使用一种称为CRISPR的分子解剖刀,迅速对基因组材料进行了精确切割,并观察了专门的细胞蛋白如何修复这种细胞。基因被切割的确切位置。
研究人员说,实验结果于6月11日发表在《科学》杂志上,不仅揭示了DNA修复过程的新细节,而且还可能加快并帮助人们理解通常导致衰老和许多癌症的DNA活性。
约翰·霍普金斯大学的博士后研究员Yang Liu博士说:“我们新的基因编辑系统可以在激活后的几秒钟内进行靶向的DNA切割。使用以前的技术,基因编辑可能需要更长的时间,甚至是数小时。”医学研究小组。
近年来,强大的CRISPR工具使科学家能够轻松地更改或“编辑” DNA序列并改变基因功能,从而加快对基因连锁条件的研究步伐。
CRISPR根据细菌中天然存在的基因编辑系统改编而成,它使用称为RNA的遗传物质的小序列作为一种指导,被编码为与细胞内特定的基因组DNA序列匹配并结合。CRISPR分子还包含一种称为Cas9的酶,该酶可作为手术刀切除DNA序列。然后,细胞利用自身的酶和蛋白质修复切片的DNA,通常会添加科学家滑入细胞的DNA序列。
Liu说,无法以快速,精确和“按需”的方式损坏DNA(例如使用CRISPR)阻碍了DNA修复过程的研究。
对于新实验,科学家通过改造一个光敏RNA分子修饰了CRISPR-Cas9复合物,该分子使CRISPR复合物仅在暴露于特定波长的光时才能切割活细胞中的基因组DNA。
约翰·霍普金斯大学医学博士说:“我们技术的优势在于,研究人员可以使CRISPR机器找到目标,而无需过早地切割基因,将其作用保持到暴露于光线下为止。”候选人Roger Zou,也是研究团队的成员。他补充说:“这使研究人员可以更好地控制DNA切割的位置和时间。”
Taekjip Ha博士说,其他研究团队已经对药物和光激活进行了实验,以控制CRISPR时序。,约翰·霍普金斯大学彭博社生物物理学与生物物理化学,生物物理学与生物医学工程杰出教授,以及霍华德·休斯医学研究所的研究员。他的团队的实验有所不同,其方法是改善CRISPR切割的精确时机,并检查蛋白质修复DNA损伤的速度。
在当前的研究中,由约翰·霍普金斯大学医学院生物物理学和生物物理化学助理教授Ha和Bin Bin Ph博士领导的约翰·霍普金斯研究小组将电脉冲传递给人类胚胎肾细胞和骨癌细胞,该细胞在细胞膜上开了孔,并使具有光激活RNA分子的CRISPR复合物滑入细胞中。然后,科学家们等待了12个小时,以使CRISPR复合物与基因组DNA上的目标点结合。
当他们向细胞照射光时,他们追踪了CRISPR复合物进行切割所花费的时间。
研究小组发现,在将光照射到细胞上的30秒内,CRISPR复合物已经切割了超过50%的靶标。
为了进一步检查DNA修复的时间,约翰·霍普金斯大学的科学家追踪了何时参与DNA修复的蛋白质锁存在DNA切口上。他们确定修复蛋白在CRISPR激活后两分钟内开始工作,修复最早在15分钟后完成。
“我们已经证明光激活基因切割非常快,并且在生物医学研究中具有潜在的广泛应用。”哈说。“揭示CRISPR基因切割的时机使我们能够更精确地看到生物学过程。”Ha和Johns Hopkins团队将这种技术称为“按需非常快速的CRISPR”。
Ha还指出,光激活比可以在细胞中广泛扩散的药物提供更好的位置控制。
Johns Hopkins团队还使用高分辨率显微镜来“观察”修复蛋白如何与活细胞中的CRISPR切割位点相互作用。
他们使用这些显微镜和聚焦的光束显示它们可以激活CRISPR切割人类细胞中常见的两个基因拷贝之一。他们说,这种能力为使用CRISPR研究和最终治疗仅与一种异常基因拷贝相关的疾病提供了机会,例如亨廷顿氏病。