生物通報(bào)道  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(gè)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(xiàng)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(bào)道了這種方法（華裔博士連發(fā)Cell，Nature：基因沉默新技術(shù) ）。近年來(lái)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(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Journal of Cell Science》的采訪（華人學(xué)者齊磊對(duì)話：科學(xué)家即夢(mèng)想家 ）。

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（CRISPR功能研究入門指南（CRISPRi））。

標(biāo)準(zhǔn)CRISPR系統(tǒng)利用Cas9蛋白，通過(guò)在細(xì)胞DNA中造成小切口來(lái)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(gè)抑制蛋白KRAB。這些蛋白定位在基因組的靶位點(diǎn)上，無(wú)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(shí)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(jí)研究員Bruce Conklin說(shuō)：“我們對(duì)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(shí)際上CRISPRi如此地精確，且能緊密地結(jié)合基因組，它確實(shí)是沉默基因更好的方式。”

在這項(xiàng)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(gè)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(méi)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(gè)問(wèn)題。

CRISPRi就像切換開(kāi)關(guān)那樣發(fā)揮作用，使得科學(xué)家們只需簡(jiǎn)單地除去開(kāi)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(guò)改變他們添加的化學(xué)物質(zhì)的量來(lái)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(shí)了CRISPRi更為強(qiáng)大的能力。例如他們利用基因組編輯來(lái)抑制對(duì)心臟功能至關(guān)重要的一個(gè)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(shuō)：“在構(gòu)建疾病相關(guān)細(xì)胞類型上CRISPRi有一個(gè)重要的優(yōu)勢(shì)。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)�！�

（生物通：何嬙）

生物通推薦原文摘要：

CRISPR Interference Efficiently Induces Specific and Reversible Gene Silencing in Human iPSCs

Developing technologies for efficient and scalable disruption of gene expression will provide powerful tools for studying gene function, developmental pathways, and disease mechanisms. Here, we develop clustered regularly interspaced short palindromic repeat interference (CRISPRi) to repress gene expression in human induced pluripotent stem cells (iPSCs). CRISPRi, in which a doxycycline-inducible deactivated Cas9 is fused to a KRAB repression domain, can specifically and reversibly inhibit gene expression in iPSCs and iPSC-derived cardiac progenitors, cardiomyocytes, and T lymphocytes. This gene repression system is tunable and has the potential to silence single alleles. Compared with CRISPR nuclease (CRISPRn), CRISPRi gene repression is more efficient and homogenous across cell populations. The CRISPRi system in iPSCs provides a powerful platform to perform genome-scale screens in a wide range of iPSC-derived cell types, dissect developmental pathways, and model disease.