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科学家使用一种叫做CRISPR的分子手术刀快速准确地切割基因组材料

导读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表示,他们已经成功地利用光作为触发因子,使用名为CRISPR的分子手术刀...

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表示,他们已经成功地利用光作为触发因子,使用名为CRISPR的分子手术刀快速、准确地切割基因组物质,并观察了专门的细胞蛋白质如何修复这种细胞。基因被切割的确切位置。

根据研究人员的说法,6月11日发表在《科学》杂志上的实验结果不仅揭示了DNA修复过程的新细节,还可能加快和帮助人们了解通常导致衰老和许多癌症的DNA活动。

约翰霍普金斯大学博士后研究员刘洋博士说:“我们的新基因编辑系统可以在激活后的几秒钟内进行有针对性的DNA切割。使用以前的技术,基因编辑可能需要更长时间,甚至几个小时。”医学研究小组。

近年来,强大的CRISPR工具使科学家能够轻松改变或“编辑”DNA序列,改变基因功能,从而加速了基因连锁条件的研究。

CRISPR改编自细菌中天然存在的基因编辑系统。它使用一种叫做RNA的小序列遗传物质作为指导,并被编码以匹配和结合细胞中特定的基因组DNA序列。CRISPR分子中还含有一种叫做Cas9的酶,可以作为手术刀来去除DNA序列。然后,细胞使用自己的酶和蛋白质来修复切片的脱氧核糖核酸,通常添加科学家溜进细胞的脱氧核糖核酸序列。

刘说,无法以快速、准确和“按需”的方式(例如使用CRISPR)破坏DNA,阻碍了DNA修复过程的研究。

在新的实验中,科学家们通过修饰一种光敏的RNA分子来修饰CRISPR-Cas9复合物,这使得CRISPR复合物只有在暴露于特定波长的光下时才会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,研究人员可以让CRISPR机器找到目标,而不会过早地切割基因,并保持其功能,直到暴露在阳光下。”候选人罗杰邹也是研究小组的成员。他补充说:“这使研究人员能够更好地控制DNA切割的位置和时间。”

Taekjip Ha博士说,其他研究团队已经用药物和光激活进行了实验,以控制CRISPR的时间。约翰霍普金斯大学彭博分校生物物理和生物物理化学、生物物理和生物医学工程特聘教授,霍华德休斯医学研究所研究员。他的团队的实验是不同的。其方法是提高CRISPR切割的精确时机,检查蛋白质中DNA损伤修复的速度。

在目前的研究中,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哈博士和宾宾博士领导的约翰霍普金斯研究团队向人类胚胎肾细胞和骨癌细胞输送电脉冲,这些电脉冲在细胞膜上开了洞,使带有光激活RNA分子的CRISPR复合物滑入细胞。然后,科学家们等待了12个小时,将CRISPR复合物与基因组DNA上的目标点结合起来。

当他们用光照射细胞时,他们追踪CRISPR复合体切割所需的时间。

研究小组发现,在用光照射细胞的30秒内,CRISPR复合物已经切割了50%以上的目标。

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参与DNA修复的蛋白质被锁在DNA切口中的时间。他们确定修复蛋白在CRISPR激活后两分钟内开始工作,最早在15分钟后修复完成。

“我们已经证明,光活化基因切割速度非常快,在生物医学研究中有潜在的广泛应用。”说出来。“揭示CRISPR基因切割的时间使我们能够更准确地看到生物过程。”哈约翰斯霍普金斯称这项技术为“按需快速的CRISPR”。

Ha还指出,与能在细胞中广泛传播的药物相比,光激活能提供更好的位置控制。

约翰霍普金斯团队还使用高分辨率显微镜“观察”了修复蛋白如何与活细胞中的CRISPR切割位点相互作用。

他们用这些显微镜和聚焦光束显示,他们可以激活CRISPR来切割人类细胞中两个常见基因拷贝中的一个。他们说,这种能力提供了一个机会,可以利用CRISPR来研究并最终治疗仅与一个异常基因拷贝相关的疾病,如亨廷顿氏病。

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