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來自北京大學(xué)的研究人員報(bào)告稱，他們利用一種RNA導(dǎo)向的Cas9核酸酶在哺乳動(dòng)物細(xì)胞和斑馬魚胚胎中有效實(shí)現(xiàn)了位點(diǎn)特異性基因編輯。相關(guān)論文“Genome editing with RNA-guided Cas9 nuclease in Zebrafish embryos”發(fā)表在3月26日的《細(xì)胞研究》（Cell Research）雜志上。
北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系席建忠（Jianzhong Jeff Xi）教授和分子醫(yī)學(xué)研究所的熊敬維(Jing-Wei Xiong)教授為這篇論文的共同通訊作者。前者主要研究方向?yàn)樯飩鞲衅骱蜕镄酒拈_發(fā)；用于干細(xì)胞、癌細(xì)胞等代謝調(diào)控機(jī)制研究的新型功能材料設(shè)計(jì)和合成；以及心肌細(xì)胞動(dòng)力學(xué)研究等方面。后者主要利用斑馬魚和小鼠作為遺傳模式生物，研究心血管系統(tǒng)發(fā)育和再生的分子遺傳機(jī)制。
2011年末，人工核酸酶介導(dǎo)的基因組編輯（genome editing with engineered nucleases）技術(shù)曾被《Nature Methods》雜志評(píng)為2011年度技術(shù)。理由是這種技術(shù)能通過在某些物種基因組中進(jìn)行靶向特異性的突變，從而解答并提出更多精確的生物學(xué)問題。
經(jīng)過基因工程改造的核酸酶主要包括：鋅指核酸酶（zinc-finger nucleases，ZFNs）、轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶（transcription activator-like effector nucleases，TALENs）和歸巢核酸內(nèi)切酶（engineered meganucleases）。這些核酸酶已被成功地應(yīng)用于哺乳動(dòng)物細(xì)胞和包括果蠅、斑馬魚、青蛙、小鼠、大鼠和豬等在內(nèi)的模式生物中。由于它們能夠?qū)崿F(xiàn)精確的基因組編輯，為基因功能研究、動(dòng)植物基因組的改造以及疾病治療創(chuàng)造了新的可能性。
近來科學(xué)家們在原核生物規(guī)律成簇的間隔短回文重復(fù)(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats，CRISPRs)適應(yīng)性免疫系統(tǒng)研究中取得了一些重要進(jìn)展，由此為我們提供了另一種基因組編輯方法。根據(jù)位點(diǎn)結(jié)構(gòu)和基因保守性，CRISPR被分為三個(gè)主要類型。內(nèi)切核酸酶Cas9屬于研究最深入的II型CRISPR/Cas系統(tǒng)。
Cas9酶與導(dǎo)向RNA協(xié)同作用定位在PAMs保守序列限定的位點(diǎn)，裂解入侵DNA。為了形成功能性的DNA靶向復(fù)合物，Cas9需要兩種不同的RNA轉(zhuǎn)錄物，crRNA（CRISPR RNA）和tracrRNA（transactivating crRNA）。然而，近期的研究表明，這樣的雙RNA可以重新裝配成一種單導(dǎo)向RNA （single-guide RNA，sgRNA)，其包含的序列足以編程Cas9，介導(dǎo)靶DNA雙鏈斷裂。
在這篇文章中，研究人員報(bào)告稱，他們利用RNA導(dǎo)向的Cas9核酸酶在哺乳動(dòng)物細(xì)胞和斑馬魚胚胎中，以一種簡單且強(qiáng)有力的方式有效促進(jìn)了基因組編輯。當(dāng)研究人員用特異的Cas/gRNA靶向斑馬魚胚胎中的etsrp、gata4或gata5時(shí)，獲得了超過35%的位點(diǎn)特異性突變。這一Cas9/gRNA有效誘導(dǎo)了生成的體細(xì)胞中etsrp或gata5的雙等位基因轉(zhuǎn)換，在斑馬魚中導(dǎo)致了與對(duì)應(yīng)遺傳變異體etsrpy11或 fautm236a的相似表型。最后，他們通過Cas9/gRNA系統(tǒng)在斑馬魚胚胎中誘導(dǎo)獲得了位點(diǎn)特異性的mloxP序列插入。
這些結(jié)果表明，這種Cas9/gRNA系統(tǒng)有潛力成為一種適用于斑馬魚和其他模式生物的，簡單、強(qiáng)大且高效的反向遺傳工具。結(jié)合其他的基因工程技術(shù)，這種Cas9系統(tǒng)有前景應(yīng)用于生物、農(nóng)業(yè)、環(huán)境研究及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。（
