Cell：重大进展！开发出让基因组重新组装的CRISPR-GO技术

大多数哺乳动物细胞含有一个细胞核，这个细胞核中容纳的DNA如果拉成直线的话则长6英尺以上。这种遗传物质决定着细胞的命运，而且如果它处于不合适的位置或者遭受损伤的话，那么它能够导致疾病。之前的研究已表明DNA倾向于在细胞核的某些区域聚集在一起。然而，这种放置如何影响DNA的功能仍然是不清楚的。

在一项新的研究中，来自美国斯坦福大学的研究人员通过解除CRISPR-Cas9的“切割”功能，这种编辑工具变得更像是一种递送系统，这样就能够通过可编程的向导RNA（gRNA）将DNA片段递送到细胞核中的新位置上。这种称为CRISPR-基因组组装（CRISPR-genome organization, CRISPR-GO）的新技术使用一种经过修饰的CRISPR蛋白，从而在三维空间中重新组装基因组。如果CRISPR-Cas9像分子剪刀一样，那么CRISPR-GO就像分子镊子一样，抓住基因组中的特定部分，并且将它们放置在细胞核的新位置上。但是这并不仅仅是物理上的重新安置：改变DNA片段的位置能够改变它们的运作方式。相关研究结果于2018年10月11日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“CRISPR-Mediated Programmable 3D Genome Positioning and Nuclear Organization”。论文通信作者为斯坦福大学化学与系统生物学助理教授Lei S. Qi博士。

图片来自Cell, doi:10.1016/j.cell.2018.09.013。

CRISPR-GO有三个基本部分。首先，你想要重新定位的靶DNA片段所在的“地址”---一段DNA，它能够靶向一条互补的结合RNA的链。其次，你需要目标地址---你想要将染色质移动到的细胞核区室中的特定DNA部分。最后，还存在“桥（bridge）”，在这种情形下，它是一种催化剂，它促进靶DNA片段移动到它在细胞核中的目标地址。

细胞核中有多个区室，它们在维护细胞功能方面都具有特定的作用。Qi和他的实验室研究了细胞核的三个不同区域，测试他们是否能以某种方式改变染色质的功能，这取决于他们将它移动到何处。

通过使用CRISPR-GO，这些研究人员观察到重新定位到卡哈尔体（Cajal body）---作为细胞核中的一部分，它是一团无定形的且有些神秘的蛋白和RNA ---中的基因停止表达蛋白。他们首次有证据证实卡哈尔体能够具有直接的基因调节作用。这提示着卡哈尔体在控制转录方面有一些意想不到的作用。

当Qi利用CRISPR-GO将端粒DNA ---染色体上的与长寿相关的分子帽---从细胞核的中间移动到细胞核的边缘时，端粒停止生长，从而阻止细胞周期和降低细胞活力。然而，当端粒更靠近卡哈尔体时，相反的情形发生了：它们生长，并且通过这样做，细胞活力也增加了。

CRISPR-GO的第三种应用是形成早幼粒细胞白血病小体（promyelocytic leukemia body, PML小体）。众所周知，这种蛋白团块抑制促肿瘤基因表达。通过将它放置在细胞核中的致癌基因附近，Qi计划测试它是否能够有助于抑制肿瘤形成。

Qi表示，虽然利用CRISPR-GO提供的证据是令人兴奋的，但是这项研究仍处于试验阶段，在这些研究结果得到验证之前，还有更多的研究工作需要开展。

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CRISPR-Mediated Programmable 3D Genome Positioning and Nuclear Organization