CRISPR技術在生物界掀起了一陣基因編輯的熱潮。不過,只要是實驗,難免有失敗的時候。CRISPR基因編輯為何有時效果不佳,如何讓這個過程更高效。
研究人員發現,CRISPR/Cas9基因編輯實驗失敗的概率大約是15%。這往往是由于Cas9蛋白長時間與切割位點的DNA結合,導致DNA修復酶無法靠近這個位點。
研究人員們發現,當Cas9沒用的時候,它還是與DNA鏈結合,阻礙細胞啟動修復過程。這個卡住的Cas9也無法繼續進行DNA切割,從而限制了CRISPR的效率。
研究人員還發現,對于基因組中RNA聚合酶不活躍的位點,Cas9的效率可能也不高。之后進一步的研究表明,引導Cas9與DNA雙鏈的其中一條結合,促使Cas9與RNA聚合酶之間發生相互作用,有助于將“沒用的”Cas9轉化成高效的基因編輯器。
具體而言,在基因組編輯過程中,為Cas9選擇一條鏈,能夠迫使RNA聚合酶與Cas9碰撞,導致Cas9飛出DNA,從而提高CRISPR的效率。這個過程被稱為模板定位(template orientation)。
讓研究人員感到驚訝的是,選擇一條DNA鏈對基因組編輯竟有如此大的影響。揭開這種現象背后的機制有助于更好地了解Cas9與基因組的相互作用如何導致一些編輯實驗失敗,以及在設計基因編輯實驗時,我們應該注意哪一點。
對于基因組編輯的過程,人們已經知道Cas9與DNA鏈的相互作用是限速步驟。因此,這項研究的結果就格外有意義。這意味著改變這一步將對基因組編輯的總持續時間有著最大的影響。
如果能夠減少Cas9與DNA鏈發生相互作用的時間,那么我們就能夠減少酶的用量,限制DNA鏈的暴露。這意味著我們有望減少不良反應或副反應,這對于未來的治療應用而言是至關重要的。
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