生物通報道  來自哈佛大學、麻省總醫院的研究人員報告稱，他們通過采用小分子激活條件性Cas9蛋白的新策略，將基因組編輯的特異性提高了25倍。

論文的通訊作者是哈佛大學化學及化學生物學教授，霍華德休斯醫學研究所研究員David R. Liu。據稱這位教授是一位從來沒有做過博士后的年輕教授，他早年畢業于哈佛大學，1999年在加州大學伯克利校區攻讀博士學位，在Peter Schultz教授指導下從事核糖核酸研究，并自主首次開始活細胞遺傳密碼的研究。之后就被哈佛大學任命為助教授，2004年晉升為教授。Liu教授曾被麻省理工學院技術評論列入全球Top 100 青年發明家（35歲以下），“大眾科學”亦將其列入全美Top10最具才氣的青年科學家（延伸閱讀：哈佛華裔牛人Nature子刊發布基因組編輯新技術 ）。

作為一種對抗入侵病毒和質粒的防御系統，CRISPR-Cas系統廣泛存在于細菌和古細菌中。來自化膿鏈球菌的II型CRISPR-Cas系統依賴于一種蛋白核酸酶Cas9和兩個非編碼RNA: crRNA和tracrRNA來靶向DNA。這兩個非編碼RNAs可進一步融合成一種單導向RNA (single-guide RNA,sgRNA)。Cas9/sgRNA復合物結合到與sgRNA的前17-20個核苷酸相匹配的雙鏈DNA序列上，以NGG序列形式存在的的前間區序列鄰近基序（protospacer adjacent motif, PAM）緊隨在這一靶序列之后。

一旦結合，Cas9中兩個獨立的核酸酶結構域將會在PAM區上游對基因組DNA進行切割，造成DNA雙鏈斷裂(DSB)。DSBs可通過非同源末端連接(nonhomologous end-joining,NHEJ)信號通路或是同源介導的修復(Homology-directed repair, HDR)來獲得修復。NHEJ通常會在切割位點附近造成短插入/刪除(indels)，而在提供外源模板DNA的情況下可以利用HDR將特異序列導入到切割位點。這一研究發現為Cas9作為一種基因工程工具應用于各種物種中鋪平了道路。

近年來，多個研究小組利用錯配gRNA文庫、體外篩選和報告基因檢測廣泛地鑒別了化膿鏈球菌Cas9的特異性，證實Cas9以一種對錯配數量、位置和分布敏感的方式可以容忍導向序列中的一些錯配。由于基因組編輯是造成基因組永久的改變，Cas9的靶向特異性成為了其是否適用于臨床應用及基因治療的一個尤為關切的問題。提高特異性也是當前Cas9系統應用研究中的一個熱點。

在這篇新文章中作者們提出，在靶向位點修飾后直接調控及降低基因組編輯蛋白的活性，有可能是提高它們特異性的一種潛在方法。他們通過將4-羥基他莫昔芬（hydroxytamoxifen）反應性的內含肽(Intein)插入到Cas9的特異位點，開發出了可被一種細胞滲透性小分子激活的Cas9核酸酶。他們證實在人類細胞中，相比于野生型Cas9，這些條件性激活的Cas9s將改造靶基因組位點的特異性提高了25倍。

這一重要的研究成果發表在4月6日的《自然化學生物學》（Nature Chemical Biology）雜志上。

（生物通：何嬙）

生物通推薦原文摘要：

Small molecule–triggered Cas9 protein with improved genome-editing specificity

Directly modulating the activity of genome-editing proteins has the potential to increase their specificity by reducing activity following target locus modification. We developed Cas9 nucleases that are activated by the presence of a cell-permeable small molecule by inserting an evolved 4-hydroxytamoxifen–responsive intein at specific positions in Cas9. In human cells, conditionally active Cas9s modify target genomic sites with up to 25-fold higher specificity than wild-type Cas9.