2021年11月CRISPR/Cas最新研究进展

4.

doi :10.1038/s 1467-021-26789-5

在一项新的研究中，美国莱斯大学的研究人员试图通过提前微调CRISPR碱基编辑策略来避免基因编辑错误。他们将理论与实验相结合，开发了一种综合方法来构建更好的碱基编辑器，其中碱基编辑器可以在单个碱基分辨率下修复有问题的脱氧核糖核酸。相关研究成果最近发表在《自然通讯》杂志上，标题为“设计待机效应降低的基本编辑器的一般理论框架”。通讯作者是莱斯大学化学和生物分子工程师薛雪莉高和化学家阿纳托利科洛梅斯基。

EGFP 1号位编辑的A3A-BE3化学动力学模型，图片来自自然通讯，2021，Doi :10.1038/S41467-021-26789-5。

本文描述了碱基编辑器用来操纵DNA链的分子过程：在必要的地方切割DNA，为核苷酸替换让路。当它起作用时，就像它在治疗遗传疾病如镰状细胞性贫血和某些癌症方面越来越有效一样，基础编辑器只编辑给定的核苷酸。当它不起作用时，是因为不需要的编辑——也称为旁观者编辑——会造成不需要的结果，即旁观者效应。

5.

doi :10.1038/s 141587-021-01059-3

许多人——大约一半的成年人——感染了一种叫做HCMV的疱疹病毒。虽然大多数情况下没有症状，但这种病毒对免疫力低下的人和未出生的婴儿是危险的。由于HCMV病毒传播如此广泛，婴儿在子宫内被感染的概率约为200分之一，这种感染可能会导致婴儿的大脑、肺部和生长出现问题。

在一项新的研究中，美国怀特黑德生物医学研究所的成员乔纳森魏斯曼和他的团队将尖端的CRISPR和单细胞测序技术应用于这种病毒。到目前为止，已经对病毒和人类基因如何相互作用形成HCMV感染进行了最详细的描述，并揭示了一种通过操纵病毒和宿主基因来破坏这种病毒感染过程的新方法。相关研究成果近日发表在《自然生物技术》杂志上，标题为“人类细胞遗传学感染的功能单细胞基因组学”。

本文可为宿主-病原体相互作用的未来研究提供重要的路线图，并为抗病毒药物的设计提供参考。在这个项目中，这些作者列出了病毒和宿主基因的清单，这些基因要么是HCMV复制所必需的，要么可以被操纵以给予宿主细胞一些免疫力。该论文的第一作者、魏斯曼实验室前博士后研究员马尔科海因(Marco Hein)说，“现在我们有了一个潜在靶点的清单，人们现在可以开发针对这些靶点的药物。”

6.

doi :10.1038/s 141586-021-04109-7

激活免疫系统对抗感染或癌症不仅取决于检测威胁。免疫系统还必须检查其细胞是否有足够的营养来促进免疫反应。在一项新的研究中，来自美国圣犹大儿童研究医院的研究人员确定了构成调节性T细胞(Treg)营养传感机制的生物开关。鉴定这些酶组分(即生物开关)只是绘制和理解T细胞调控网络中营养传感机制的开始。相关研究成果于2021年11月18日在线发表在《自然》杂志上，标题为“Crispr筛选T细胞免疫营养许可的不均等信号中枢”。

两轮混合CRISPR筛选，以识别新的营养素和mTORC1信号调节剂，图片来自Nature，2021，DOI :10.1038/s 141586-021-04109-7。

MTORC1是细胞营养传感机制中的关键酶开关。在这项新的研究中，这些作者试图确定将mTORC1与免疫系统功能联系起来的调节因子。他们使用全基因组CRISPR筛选来鉴定Treg细胞中编码这些调节因子的基因。这个过程就像从一堆不同的拼图中挑出关键的拼图块。他们利用CRISPR技术靶向小鼠基因组中约20，000个基因中的每一个，筛选在mTORC1活性上调或下调条件下激活的Treg细胞。然后，他们鉴定了几十个激活或失活mTORC1的基因。这些发现包括一些以前未知的调节因素。

SEC31A被确定通过与GATOR2组分SEC13相互作用来促进mTORC1的活化，从而其不受SKP1依赖性蛋白酶体降解的影响。因此，SEC31A的缺失会损害小鼠T细胞的激活和Treg细胞的抑制。此外，SWI/SNF复合物限制了氨基酸传感蛋白CASTOR1的表达，从而增强了mTORC1的激活。

7.

doi :10.1038/s 1467-021-26788-6

最近的研究表明，CRISPR-Cas9的基因组编辑可能在原代细胞中诱导p53介导的DNA损伤反应，从而阻碍细胞的生长，这可能导致选择存在p53突变的细胞。近日，在国际杂志《自然通讯》(Nature Communications)发表的题为《crispr-CAS9基因组编辑过程中遗传变异选择的系统全基因组作图》的研究报告中，美国国立卫生研究院等机构的科学家通过研究发现，基于CRISPR -Cas9的基因编辑(尤其是基因敲除)可能导致细胞以癌症相关基因突变的形式产生。这些发现强调了通过接受基于CRISPR -Cas9的基因编辑治疗及时监测癌症相关基因突变患者的必要性。

CRISPR-Cas9的工作原理是双链DNA断裂发生在DNA序列的特定位点，这使得科学家能够靶向和编辑特定的基因。但是，p53基因可以通过抑制细胞生长来响应双链断裂，这意味着经历CRISPR的细胞的生长和分裂效率会降低，携带p53基因突变的细胞会继续生长和分裂，从而使其更具优势。如果发生基因组错误，p53基因会停止细胞分裂，试图纠正细胞的问题。如果错误无法修复，p53会在细胞癌变前就开始程序性细胞死亡，使p53成为关键的抗癌基因，失去功能会使人更易患肿瘤。P53基因如此重要，被称为基因组的守护者。

研究人员Eytan Ruppin指出，在这篇文章中，我们分析了近1000种人类细胞系中p53对双链断裂的反应。在几乎所有的细胞类型中，我们发现在CRISPR-Cas9介导的基因敲除后，携带正常p53基因的细胞表现出缓慢的生长，而携带突变p53基因的细胞受影响较小，因此可以比正常细胞生长得更快更好。此外，研究人员还发现CRISPR或能介导其他癌症相关突变的细胞显示出一定优势，如携带KRAS癌基因的细胞。这不是研究人员第一次揭示CRISPR基因编辑技术可能会引入潜在的危险变化。然而，这项研究是研究人员首次揭示CRISPR技术在各种人类细胞中的潜在影响。