基因療法作為一種可以實現(xiàn)治療性蛋白的長期表達(dá)和組織特異性表達(dá)的治療方法，可以實現(xiàn)治療傳統(tǒng)藥物不能治療的疾病，或大幅改善治療疾病的方式。甚至面對很多先天性遺傳的疾病時，基因療法是許多患者唯一的希望。

基因療法在技術(shù)上獲得實踐可能，離不開2012年CRISPR/Cas9技術(shù)的發(fā)現(xiàn)，“CRISPR”即“Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”，是細(xì)菌遺傳密碼及其免疫系統(tǒng)的一個定義性特征，是細(xì)菌用來保護自己免受病毒攻擊的防御系統(tǒng)。

實質(zhì)上，它是一系列重復(fù)的DNA序列，并且這些DNA之間存在“spacers”。簡而言之，細(xì)菌利用這些基因序列來“記住”攻擊它們的每種病毒。細(xì)菌會將病毒的DNA整合到自己的細(xì)菌基因組中。這種病毒DNA最終成為CRISPR序列中的“spacers ”。這種防御系統(tǒng)可以在同種病毒再次發(fā)起攻擊時給予細(xì)菌保護或免疫力。

總是位于CRISPR附近的基因，稱為Cas（CRISPR相關(guān)）基因。一旦激活，這些基因就會產(chǎn)生特殊的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)是與CRISPR共同進(jìn)化的酶。這些Cas酶能夠充當(dāng)切割DNA的“分子剪刀”。

簡單來說，當(dāng)病毒侵入細(xì)菌時，其獨特的DNA會被整合到細(xì)菌基因組中的CRISPR序列中。這意味著下一次病毒攻擊時，細(xì)菌會記住它并發(fā)送RNA和Cas來定位和破壞病毒。

雖然細(xì)菌中還有其他Cas酶在病毒攻擊自己時會截斷病毒，但Cas9是動物體內(nèi)執(zhí)行這種任務(wù)的最佳酶。而CRISPR-Cas9就是指切割動物（和人類）DNA的Cas酶的種類。

因此，CRISPR/Cas9系統(tǒng)也被視為基因療法的剪刀。近日，約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院（Johns Hopkins Medicine）的研究人員，在一種常見細(xì)菌中，找到了CRISPR-Cas9系統(tǒng)工作原理的新線索，為開發(fā)新的Cas9工具帶來重要的指導(dǎo)意義。

和人類的免疫系統(tǒng)一樣，細(xì)菌的免疫系統(tǒng)也需要保持平衡：在識別和消除威脅時需要提高活性，同時要適時調(diào)低活性以便錯誤地攻擊細(xì)菌自己。其中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，CRISPR-Cas9系統(tǒng)中有一種RNA分子（tracrRNA），會導(dǎo)致該系統(tǒng)的活性急劇增加。這種tracrRNA分子像支架一樣，幫助Cas9攜帶向?qū)NA切斷特定的DNA序列。

tracrRNA有長、短兩種形式，它們結(jié)構(gòu)相似，也都可以與Cas9結(jié)合?？茖W(xué)家們發(fā)揮CRISPR-Cas9的“基因剪刀”功能時，用的是短鏈tracrRNA。而在這項研究中，科學(xué)家們揭示了長鏈tracrRNA不曾被發(fā)現(xiàn)的功能。

研究人員發(fā)現(xiàn)，長鏈tracrRNA包含了一個模擬向?qū)NA的片段，但不同于向?qū)NA靶向病毒DNA序列，長鏈tracrRNA傾向于靶向CRISPR-Cas9系統(tǒng)本身。

而且，當(dāng)它結(jié)合到特定位置時，并沒有讓Cas9剪切DNA，而是待在那里阻礙基因的表達(dá)。而當(dāng)研究人員人為改變長鏈tracrRNA中某個區(qū)域的長度后，隨著長度的改變，Cas9可以恢復(fù)切割活性。

在另一組實驗中，研究人員培養(yǎng)了具有大量長鏈tracrRNA的細(xì)菌，CRISPR相關(guān)基因的表達(dá)量則非常低。而從中除去長鏈tracrRNA后，CRISPR-Cas9基因的表達(dá)量增加了100倍。

這意味著，長鏈tracrRNA其實是在抑制自身CRISPR相關(guān)的活性，而長鏈tracrRNA調(diào)節(jié)基因活動將為未來設(shè)計新型CRISPR-Cas9工具提供更多機會。

責(zé)任編輯：PSY