導(dǎo)讀：CRISPR系統(tǒng)的進步極大地豐富了生物學(xué)家的分子研究工具。近期，Nature雜志在線設(shè)立了CRISPR專題欄目重點介紹使用CRISPR-Cas9技術(shù)取得的進展及其與細胞生物學(xué)研究的相關(guān)性。
Nature專題導(dǎo)讀：CRISPR-Cas9最新進展及在細胞生物學(xué)研究的應(yīng)用-肽度TIMEDOO
作為原核生物的適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的一部分，成簇的規(guī)律間隔短回文重復(fù)序列（CRISPR）和核酸內(nèi)切酶Cas9進行有效基因組編輯的潛力已經(jīng)不言而喻。CRISPR-Cas9系統(tǒng)受RNA引導(dǎo)并切割DNA雙鏈，提供了一種在特定靶位點誘導(dǎo)缺失、插入和序列改變的強大方法。與其他定制化核酸酶（如：ZFN、TALEN）相比，gRNA（gRNA的自然形式為crRNA與tracrRNA）易于操作、更具優(yōu)勢。CRISPR-Cas9可以有效編輯各種細胞類型和整個生物體中的基因組，其精確性和易用性保證了在生物學(xué)研究中的廣泛應(yīng)用。經(jīng)過持續(xù)改進，CRISPR-Cas9技術(shù)豐富了基因編輯工具的功能，例如：調(diào)節(jié)內(nèi)源基因表達、調(diào)節(jié)表觀遺傳狀態(tài)和標(biāo)記基因組位點。
自從CRISPR-Cas9系統(tǒng)于2012年首次用于定向基因組編輯以來，科學(xué)界在提高編輯效率、準(zhǔn)確性、擴大應(yīng)用范圍和目標(biāo)物種方面取得了顯著進步。為了重點關(guān)注CRISPR-Cas9對于基本細胞生物學(xué)問題的探索，Nature雜志通過“CRISPR專題系列”介紹其中的一些成就，專題網(wǎng)址https://www.nature.com/collections/igbbbjccfa收錄的前兩篇文章分別發(fā)布在“Perspective and Review”欄目，該頁面還會引入“Nature Cell Biology”欄目并陸續(xù)更新最新發(fā)布的內(nèi)容。
英國Francis Crick研究所人類胚胎和干細胞實驗室的Rebecca A. Lea 和Kathy K. Niakan的論文發(fā)布于“Perspective”欄目，全面概述了迄今為止CRISPR-Cas9在人類種系基因組編輯中的應(yīng)用，由于可以立即讀出靶向基因破壞的功能后果，該技術(shù)特別有益于改善對人類早期發(fā)育的理解；而且可以在臨床前評估CRISPR-Cas9系統(tǒng)糾正人類胚胎病理性突變的可行性。目前，雖然這兩個領(lǐng)域都取得了新的進展，但是仍然存在許多挑戰(zhàn)，例如脫靶效應(yīng)或編輯后DNA大量缺失和重排。如果未能正確修復(fù)，CRISPR-Cas9介導(dǎo)的誘變可能導(dǎo)致異常發(fā)育或者促進胚胎停滯。
Lea和Niakan還考慮了CRISPR-Cas9技術(shù)的潛在臨床和倫理意義。特別是，在2019年香港第二屆國際人類基因組編輯峰會上，CRISPR-Cas9編輯嬰兒研究的公布再次點燃了關(guān)于中止人類種系基因組編輯的爭論。Lea和Niakan指出，為了保證用于臨床人類胚胎基因組編輯的安全性和道德性，CRISPR-Cas9編輯必須滿足一些關(guān)鍵先決條件。
瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院生物系Charles D. Yeh和Jacob E. Corn 與美國加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校分子、細胞和發(fā)育生物學(xué)系Christopher D. Richardson撰寫的“Review”文章重點介紹了基因組編輯過程中DNA損傷的修復(fù)途徑以及其對編輯結(jié)果的影響。通常，雙鏈斷裂損傷（DSB）可以通過鏈末端的重新連接修復(fù)，例如非同源末端連接（NHEJ）可以誘導(dǎo)插入或缺失；也可以通過同源介導(dǎo)DNA修復(fù)（HDR），需要donor DNA模板指導(dǎo)修復(fù)。兩種途徑一直是基因組編輯中廣泛爭論的問題，因為它們最終會獲得不同的編輯結(jié)果。迄今為止，大多數(shù)研究都專注于利用HDR將設(shè)計的編輯引入人體細胞，相比NHEJ這種編輯不容易出錯，但在人體細胞中很難實現(xiàn)。
這篇文章描述了修復(fù)途徑，其作用機理、優(yōu)點和局限性，并通過DNA修復(fù)對控制基因編輯結(jié)果的可用分子進行了全面概述。不同的細胞周期階段可以激活獨立的修復(fù)途徑，這意味著在有利于HDR的階段中及時引入CRISPR-Cas9可以提高編輯效率。即使如此，HDR自身的技術(shù)局限性會限制修復(fù)效率并增加意外突變的風(fēng)險，這在Lea和Niakan討論人類種系基因組編輯時亦有提到。堿基編輯或最近最多報道的prined editing（https://doi.org/10.1038/s41586-019-1711-4）可以避免對DSB、HDR和donor模板的需求，該方法使用了與工程逆轉(zhuǎn)錄酶和Primer編輯gRNA融合的Cas9切口酶，但到目前為止僅在人類細胞系中進行了測試。
該專題系列還會加入加州大學(xué)圣地亞哥分校細胞與分子醫(yī)學(xué)教授Gene Yeo及課題組同事的RNA靶向CRISPR-Cas工具的“Perspective”文章，討論該技術(shù)在RNA生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。在接下來的幾個月，Nature會發(fā)布其他“Review”文章，例如能夠?qū)蚪M結(jié)構(gòu)及其核位置進行3D操作的改良版CRISPR平臺。
基于CRISPR的創(chuàng)新技術(shù)正以驚人的速度發(fā)展，多樣化的工程解決方案為研究工具提供了穩(wěn)定增長的空間。通過CRISPR-Cas9修飾實現(xiàn)的許多應(yīng)用與經(jīng)典細胞生物學(xué)領(lǐng)域的研究直接相關(guān)，例如DNA修復(fù)、細胞周期、RNA生物學(xué)、核組織等，并為人類疾病和發(fā)育生物學(xué)提供了新的思路。
來源：銳博生物
（本文編譯自Nature：CRISPR-basedtechnologies for cell biology）
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41556-019-0434-y