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作者：chen

導言：

CRISPR基因編輯技術一直是近年來研究的熱點主題，其科幻般的改造（製造）新基因的能力是吸引科學家的重要原因。而近期有科學家以CRISPR系統為基礎，開發了一種名為CRISPRoff的新基因編輯技術。

在過去的十年中，CRISPR-Cas9基因編輯技術徹底改變了基因工程領域。科學家可以使用基因編輯技術對生物體的DNA進行進行修剪、切斷、替換或新增，

Emmanuelle Charpentier

和

Jennifer Doudna

兩大科學家也因CRISPR基因編輯榮獲諾貝爾化學獎。

儘管基因編輯技術在基因研究、疾病防治和遺傳改良等方面展示出了巨大的潛力，但由於

CRISPR-Cas9編輯涉及切割DNA鏈，會導致細胞遺傳物質發生永久改變等不可控結果

，所以科學家開始尋找另一種不會改變DNA序列但會改變它們在細胞中讀取的方式基因編輯器。

功夫不負苦心人，經過四年研究，美國加州大學舊金山分校（UCSF）的Jonathan S。 Weissman實驗室與Luke A。 Gilbert實驗室合作

建立了可逆基因編輯器

，並於2021年4月9日在

《Cell》

上發表了研究成果，題為

“Genome-wide programmable transcriptional memory by CRISPR-based epigenome editing”

。

研究人員以CRISPR系統為基礎，開發了一種名為CRISPRoff的新基因編輯技術，該技術使研究人員可以在不改變DNA序列的情況下使某些基因“沉默”，從而以高特異性控制基因表達。

在這裡，

CRISPRoff是一個可程式設計的表觀遺傳記憶“書寫器”，主要透過促進靶位點附近的DNA甲基化來實現持久可遺傳的基因轉錄抑制。

研究人員說：“藉助這項新的CRISPRoff技術，你可以編寫一個程式，該程式可以被細胞無限地記住和執行。從某種意義上說，

這是CRISPR-Cas9的2.0版，該版本更安全，同樣有效，並且可以完成所有的和超額的工作

。”

那麼CRISPRoff技術是起什麼作用呢？

研究人員模仿天然DNA甲基化的表觀遺傳編輯器，建立了一個微型蛋白質機器。該機器在

單向導RNA（sgRNAs）的引導下可以將甲基粘在鏈的特定位點上，然後將這些甲基化的基因“沉默”

。

由於這種方法不會改變DNA鏈的序列，研究人員可以使用去除甲基的酶來逆轉沉默，這種方法被他們稱為

CRISPRon

，

即CRISPRoff表觀遺傳記憶可以使用CRISPRon進行逆轉。

當他們在不同條件下測試CRISPRoff時，研究人員發現，

CRISPRoff甚至能夠讓沒有大型甲基化區域(稱為CpG島)的基因沉默

。

Gilbert說：“在這項工作之前，人們曾認為30％沒有CpG島的基因不受DNA甲基化的控制。” “但是我們的工作清楚地表明，

您

不需要CpG島是可以透過甲基化來關閉基因的

。”

同時，為了驗證其在臨床中的作用，科學家在誘導多能幹細胞中測試了該方法。研究人員選擇了一種在幹細胞中沉默的基因，然後誘導它們轉變為神經元。當研究人員在神經元中尋找相同的基因時，他們發現該基因在90％的細胞中都保持沉默，這表明

即使改變細胞型別，細胞仍保留著由CRISPRoff系統進行的表觀遺傳修飾的記憶。

在此，我們總結如下

：

（1）CRISPRoff是一種單一的融合蛋白，可對可遺傳的表觀遺傳記憶進行程式設計

（2）CRISPRoff可以遺傳沉默大多數基因，包括沒有CpG島的基因

（3）CRISPRoff具有高度特異性，並且在基因啟動子之間具有廣泛的靶向視窗

（4）CRISPRoff表觀遺傳記憶透過誘導多能幹細胞分化為神經元而持續存在

CRISPRoff甚至在

CpG島

之外也具有啟動可遺傳基因沉默的廣泛能力

，擴充套件了基於甲基化的沉默的典範模型，並實現了多種應用，包括全基因組篩選，多重細胞工程，增強沉默和表觀遺傳繼承的機制探索。

參考資料：

https：//www。cell。com/cell/fulltext/S0092-8674（21）00353-6？_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub。elsevier。com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867421003536%3Fshowall%3Dtrue

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