結(jié)合21世紀(jì)最強(qiáng)大的兩種生物學(xué)工具，Gladstone研究所的科學(xué)家第一次采用CRISPR-Cas9系統(tǒng)的變種技術(shù)，改變了讀取誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPSCs)基因組的方式。這是在構(gòu)建遺傳病細(xì)胞模型上取得的一個重大技術(shù)進(jìn)步。
在發(fā)表于《細(xì)胞干細(xì)胞》（Cell Stem Cell）雜志上的一項研究中，研究人員采用了改良版本的CRISPR——CRISPR干擾(CRISPRi)失活了iPSCs和用iPSCs構(gòu)建的心臟細(xì)胞中的一些基因。論文的共同作者齊磊（Stanley Qi）博士率先在2013年報道了這種方法。近年來齊磊在CRISPR研究領(lǐng)域取得了一系列突破性進(jìn)展，在Cell、Nature Biotechnology、Nature Methods等雜志上接連發(fā)表了多篇研究論文。新年伊始，齊磊博士還接受了國際學(xué)術(shù)期刊《Journal of Cell Science》的采訪。
CRISPRi顯著地改良了原始的CRISPR-Cas9系統(tǒng)，使得能夠更精確和有效地沉默（關(guān)閉）基因。CRISPRi還能夠靈活地逆轉(zhuǎn)及小心地控制基因抑制量。
標(biāo)準(zhǔn)CRISPR系統(tǒng)利用Cas9蛋白，通過在細(xì)胞DNA中造成小切口來刪除基因組某一精確的部分。CRISPRi是建立在這一技術(shù)之上，利用了一種特殊失活版本的Cas9蛋白和另一個抑制蛋白KRAB。這些蛋白定位在基因組的靶位點(diǎn)上，無需切割DNA就可以抑制基因表達(dá)。讓科學(xué)家們吃驚地是，以這種方式暫時地沉默基因表達(dá)比永久切割基因組更加地一致。
論文的資深作者、Gladstone心血管疾病研究所和Roddenberry干細(xì)胞中心的高級研究員Bruce Conklin說：“我們對兩種系統(tǒng)之間性能的顯著差異感到吃驚。我們認(rèn)為，永久切割基因組是比沉默基因更有效的方法，但實際上CRISPRi如此地精確，且能緊密地結(jié)合基因組，它確實是沉默基因更好的方式?！?/p>
在這項研究中，研究人員比較了CRISPRi和CRISPR-Cas9沉默控制iPSC多能性的一個特殊基因的狀況。他們發(fā)現(xiàn)CRISPRi的效率比CRISPR-Cas9高得多：利用CRISPRi，95%以上細(xì)胞中的靶基因被沉默，而采用CRISPR-Cas9的細(xì)胞為60-70%。并且CRISPRi沒有造成任何脫靶基因表達(dá)改變，像在細(xì)胞基因組中非期望的插入或刪除等——這是采用CRISPR-Cas9要考慮的一個問題。
CRISPRi就像切換開關(guān)那樣發(fā)揮作用，使得科學(xué)家們只需簡單地除去開啟基因抑制子的化學(xué)物質(zhì)，就可以逆轉(zhuǎn)基因抑制。此外，研究人員能夠通過改變他們添加的化學(xué)物質(zhì)的量來微調(diào)他們沉默基因的程度。兩者都支持了更全面地調(diào)查影響發(fā)育和疾病的某些基因。
研究人員在iPSCs、T細(xì)胞和用干細(xì)胞生成的心臟細(xì)胞中均證實了CRISPRi更為強(qiáng)大的能力。例如他們利用基因組編輯來抑制對心臟功能至關(guān)重要的一個基因構(gòu)建出了心臟病模型。
論文的第一作者、Gladstone研究所研究人員Mohammad Mandegar博士說：“在構(gòu)建疾病相關(guān)細(xì)胞類型上CRISPRi有一個重要的優(yōu)勢。利用這一技術(shù)，我們可以在用iPSCs生成的同質(zhì)心臟細(xì)胞群中模擬疾病。這使得我們能夠更容易地研究遺傳病，并有可能鑒別出一些新治療靶點(diǎn)?！?/p>
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