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科学家以光为媒介用CRISPR手术刀精准切割DNA 观察

在一系列应用人类癌细胞系的实验中,约翰·霍普金斯大年夜学医学院的科学家说,他们已经成功地使用光作为触发身分,应用一种称为CRISPR的分子手术刀,迅速对基因组材料进行了正确切割,并察看了专门的细胞蛋白若何修复基因被切割切实着实切位置。

6月12日颁发在《科学》杂志上的实验结果,不仅揭示了DNA修复历程的新细节,而且,钻研职员说,还可能加快和赞助人们懂得DNA活动,而这种活动平日会导致朽迈和许多癌症。

“我们的新基因编辑系统容许在激活后几秒钟内对DNA进行定向切割。而采纳曩昔的技巧,基因编辑可能必要更长的光阴——以致是几个小时。”博士后钻研员、约翰霍普金斯大年夜学医学钻研团队成员Yang Liu博士说。

近年来,强大年夜的CRISPR对象使科学家能够很轻易地改变或“编辑”DNA序列和改变基因功能,以加快基因相关前提的钻研方式。

CRISPR根据细菌中天然存在的基因编辑系统改造而成,它应用称为RNA的遗传物质的弁言列作为一种指示,被编码为与细胞内特定的基因组DNA序列匹配并结合。 CRISPR分子还包孕一种称为Cas9的酶,该酶可作为手术刀切除DNA序列。 然后,细胞使用自身的酶和蛋白质修复切片的DNA,平日添加一些DNA序列,科学家将这些序列插入细胞。

Liu说,无法以快速、正确和“随需应变”的要领切割DNA(例如应用CRISPR)阻碍了DNA修复历程的钻研。

在新的实验中,科学家们经由过程设计一种光敏RNA分子来改动CRISPR- cas9复合体,这种RNA分子使CRISPR复合体只有在裸露在特定波长的光下才能堵截活细胞中的基因组DNA。

约翰霍普金斯大年夜学医学博士说:“我们技巧的上风在于,钻研职员可以让CRISPR机制找到它的目标,而不必过早地堵截基因,直到裸露在毫光下才会竣事它的活动。”博士在读生、也是钻研小组成员Roger Zou弥补说:“这让钻研职员能够更正确地节制DNA在何时何地被堵截。”

其他钻研团队已经试验了药物和光激活来节制CRISPR光阴,Taekjip Ha博士说,他是约翰霍普金斯大年夜门生物物理学和生物物理化学、生物物理学和生物医学工程的Bloomberg特聘教授,也是霍华德休斯医学钻研所的钻研员。他的团队的实验有所不合,其措施是改良CRISPR切割的正确机会,并反省蛋白质修复DNA损伤的速率。

在当前的钻研中,由约翰·霍普金斯大年夜学医学院生物物理学和生物物理化学助理教授Ha和Bin Wu博士引导的约翰·霍普金斯钻研小组将电脉冲通报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。

当他们用一束光照射细胞时,他们会追踪CRISPR复合体完成切割所需的光阴。

钻研小组发明,在将光照射到细胞上的30秒内,CRISPR复合物已经切割了跨越50%的靶标。

为了进一步钻研DNA修复的光阴,约翰·霍普金斯大年夜学的科学家们跟踪了介入DNA修复的蛋白质是什么时刻捉住了DNA瘦语的。他们确定,修复蛋白在CRISPR激活后两分钟内开始事情,修复在15分钟后完成。

“我们已经证实,光激活基因切割异常快,而且在生物医学钻研中具有广泛的利用潜力。”“揭示CRISPR基因切割的光阴,让我们能够更正确地看到生物历程。”Ha和约翰·霍普金斯大年夜学的团队将这项技巧称为“异常快速的随需应变CRISPR”。

Ha还指出,光激活比药物能在细胞内广泛扩散供给更好的位置节制。

约翰霍普金斯大年夜学的钻研小组还应用高分辨率显微镜“察看”修复蛋白若何与活细胞中的CRISPR剪切位点互相感化。

他们应用这些显微镜和聚焦的光束显示,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,这种能力为应用CRISPR钻研和终极治疗仅与一种非常基因拷贝相关的疾病供给了时机,例如亨廷顿氏病。

“有一个很大年夜的钻研团体对钻研DNA损伤及其影响感兴趣。”Ha说。“我们开拓的技巧异常得当钻研这个问题。”

Ha指出,科学家平日应用电离辐射或化学物质来钻研DNA损伤。他说,虽然这些措施也可以很快,但它们并不针对特定的基因组位置。

该团队已经为这项钻研中描述的CRISPR技巧申请了临时专利。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料:

https://medicalxpress.com/news/2020-06-light-activated-crispr-triggers-precision-gene.html

https://science.sciencemag.org/content/368/6496/1265

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