震撼！光控基因编辑器有望关闭致癌基因

人为什么会得癌症？人体均携带有原癌基因，当原癌基因受到外界物理或化学致癌因子的刺激，发生癌变，人就得了癌症。基因治疗（gene therapy）是指将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病，以达到治疗目的。

将原癌基因剪切掉，是不是人就不会得癌症了呢？

理论上，这的确是个可行的方案。现有技术的基因编辑主要是利用CRISPR基因编辑系统实现。CRISPR基因编辑系统可以通过删除或者替换活细胞的任何一段标记基因。近日，MIT研究人员增加入了一个额外的控制层，通过系统的响应光，就可以实现对基因编辑的精确控制。

有了这个新的系统，研究人员只需要对靶细胞进行紫外光照射，就可以实现基因编辑。这样的控制方法可以帮助科学家更详细的研究细胞和遗传物质是如何影响胚胎发育和遗传疾病。甚至还可以精确到关闭肿瘤细胞中的致癌基因。

光敏感，实现时间和空间节点的精确控制

“这个转化器的优点是，可以实现对时间和空间节点的精确控制，”MIT电气工程和计算机科学学院科学家，MIT科赫研究所综合癌症研究人员Sngeeta Bhatia表示。

麻省理工学院的医学工程与科学研究所博士后Piyush Jain建立了一个方法，用光来控制RNA干扰，即将小股RNA传递到细胞来暂时阻断特定的基因。于是Jain从中获得灵感，将将同样的技术应用到CRISPR编辑器上。

CRISPR编辑基因是一个复杂的过程，需要由一段短链的RNA引导DNA内切酶Cas9到一个特定的基因区域，然后在Cas9的作用下对基因进行剪切。细胞的DNA修复胶将修建的两个端口重新连接，由此实现长期的删除掉一小段基因，使其无法产生作用。

为了制造CRISPR光敏系统，研究人员对Cas9进行了改造，使其只在接收到特定波长的光照射时才具有剪切能力。MIT团队决定采用不同的方式来引导RNA链段，实现光敏感。Bhatia表示，未来，人们可以更容易的实现通过传递改良的引导RNA链段来编译靶细胞达到制造光敏Cas9的目的。

“除了增加一个光激活保护器，你不需要任何其他的东西，”她解释说。“这个尝试，使得系统更加模块化。”为了使得引导RNA具有光敏特性，MIT团队制造了“保护器”——光裂解化合键构成骨架的DNA序列。这些DNA链段可以根据需要，绑定到不同的引导RNA上，由此预防RNA连接到其他目标基因中。

当研究人员用365纳米波长的光照射靶细胞时，保护DNA断裂成几个较小的碎片和，RNA掉落，并与标记基因结合，引导Cas9内切酶对此进行剪切。

临床，有望治愈皮肤癌

研究人员表示，通过这项研究他们可以利用光来控制绿荧光蛋白的基因编辑，用来编译这种蛋白质两段基因通常在细胞表面，在一些癌细胞中过度表达。

“如果这个方案可行，你就可以设计保护序列来对抗不同的靶序列，”Bhatia透露。“我们设计了不同保护器来对抗不同的基因，结果表明他们都可以进行光活化。”

“CRISPR-Cas9是一个强大的技术，可以帮助科学家研究基因如何影响细胞活动。”乔治亚理工学院生物工程助理教授James Dahlman认为，这重要的一步，将实现基因改造的精确控制。因此，这项研究给科学界提供了一个非常有用的工具，来实现许多基因编辑的提升优化。

对剪切时间的精确控制可以帮助研究人员研究疾病不同阶段的细胞活动，来实现在适当的时间关闭某个基因来实现疾病治愈。Bhatia实验室正在努力实现这项技术在临床医疗的应用。其中，目前极有可能实现的是用于关闭皮肤癌中的癌基因，因为皮肤很容易暴露在紫外线外。

目前，这项研究已经收到了Ludwig Center for Molecular Oncology，Marie-D. and Pierre Casimir-Lambert基金，科赫研究所等多方投资。团队依然致力于“通用保护器”的研究，以适用于任何引导RNA链段，避免每种RNA需要设计一个保护器的缺陷，并可以抑制CRISPR-Cas9同时与多个目标连接。相信通过研究人员的努力，这项技术终会走向临床医疗，改善人们的生活。

原文检索

《Using light to control genome editing》

来源：动脉网   作者：周梦亚