在一系列使用人類癌細胞系的實驗中,約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家表示,他們已經(jīng)成功地利用光作為觸發(fā)因子,使用名為CRISPR的分子手術(shù)刀快速、準確地切割基因組物質(zhì),并觀察了專門的細胞蛋白質(zhì)如何修復(fù)這種細胞。基因被切割的確切位置。
根據(jù)研究人員的說法,6月11日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的實驗結(jié)果不僅揭示了DNA修復(fù)過程的新細節(jié),還可能加快和幫助人們了解通常導(dǎo)致衰老和許多癌癥的DNA活動。
約翰霍普金斯大學(xué)博士后研究員劉洋博士說:“我們的新基因編輯系統(tǒng)可以在激活后的幾秒鐘內(nèi)進行有針對性的DNA切割。使用以前的技術(shù),基因編輯可能需要更長時間,甚至幾個小時?!贬t(yī)學(xué)研究小組。
近年來,強大的CRISPR工具使科學(xué)家能夠輕松改變或“編輯”DNA序列,改變基因功能,從而加速了基因連鎖條件的研究。
CRISPR改編自細菌中天然存在的基因編輯系統(tǒng)。它使用一種叫做RNA的小序列遺傳物質(zhì)作為指導(dǎo),并被編碼以匹配和結(jié)合細胞中特定的基因組DNA序列。CRISPR分子中還含有一種叫做Cas9的酶,可以作為手術(shù)刀來去除DNA序列。然后,細胞使用自己的酶和蛋白質(zhì)來修復(fù)切片的脫氧核糖核酸,通常添加科學(xué)家溜進細胞的脫氧核糖核酸序列。
劉說,無法以快速、準確和“按需”的方式(例如使用CRISPR)破壞DNA,阻礙了DNA修復(fù)過程的研究。
在新的實驗中,科學(xué)家們通過修飾一種光敏的RNA分子來修飾CRISPR-Cas9復(fù)合物,這使得CRISPR復(fù)合物只有在暴露于特定波長的光下時才會切割活細胞中的基因組DNA。
約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)博士說:“我們技術(shù)的優(yōu)勢在于,研究人員可以讓CRISPR機器找到目標,而不會過早地切割基因,并保持其功能,直到暴露在陽光下。”候選人羅杰鄒也是研究小組的成員。他補充說:“這使研究人員能夠更好地控制DNA切割的位置和時間?!?
Taekjip Ha博士說,其他研究團隊已經(jīng)用藥物和光激活進行了實驗,以控制CRISPR的時間。約翰霍普金斯大學(xué)彭博分校生物物理和生物物理化學(xué)、生物物理和生物醫(yī)學(xué)工程特聘教授,霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員。他的團隊的實驗是不同的。其方法是提高CRISPR切割的精確時機,檢查蛋白質(zhì)中DNA損傷修復(fù)的速度。
在目前的研究中,約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物物理學(xué)和生物物理化學(xué)助理教授哈博士和賓賓博士領(lǐng)導(dǎo)的約翰霍普金斯研究團隊向人類胚胎腎細胞和骨癌細胞輸送電脈沖,這些電脈沖在細胞膜上開了洞,使帶有光激活RNA分子的CRISPR復(fù)合物滑入細胞。然后,科學(xué)家們等待了12個小時,將CRISPR復(fù)合物與基因組DNA上的目標點結(jié)合起來。
當他們用光照射細胞時,他們追蹤CRISPR復(fù)合體切割所需的時間。
研究小組發(fā)現(xiàn),在用光照射細胞的30秒內(nèi),CRISPR復(fù)合物已經(jīng)切割了50%以上的目標。
為了進一步檢查DNA修復(fù)的時間,約翰霍普金斯大學(xué)的科學(xué)家追蹤了參與DNA修復(fù)的蛋白質(zhì)被鎖在DNA切口中的時間。他們確定修復(fù)蛋白在CRISPR激活后兩分鐘內(nèi)開始工作,最早在15分鐘后修復(fù)完成。
“我們已經(jīng)證明,光活化基因切割速度非常快,在生物醫(yī)學(xué)研究中有潛在的廣泛應(yīng)用?!闭f出來?!敖沂綜RISPR基因切割的時間使我們能夠更準確地看到生物過程?!惫s翰斯霍普金斯稱這項技術(shù)為“按需快速的CRISPR”。
Ha還指出,與能在細胞中廣泛傳播的藥物相比,光激活能提供更好的位置控制。
約翰霍普金斯團隊還使用高分辨率顯微鏡“觀察”了修復(fù)蛋白如何與活細胞中的CRISPR切割位點相互作用。
他們用這些顯微鏡和聚焦光束顯示,他們可以激活CRISPR來切割人類細胞中兩個常見基因拷貝中的一個。他們說,這種能力提供了一個機會,可以利用CRISPR來研究并最終治療僅與一個異?;蚩截愊嚓P(guān)的疾病,如亨廷頓氏病。
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