CRISPRCas9基因编辑可用于消除整个染色体：问答

在这篇问答中，杨辉讨论了他发表在《基因组生物学》上的研究成果，他使用CRISPR/Cas9基因编辑技术来删除整个染色体，这可能对未来的治疗和我们理解肿瘤发生过程中的非整倍体有意义。

为什么你一直致力于消除整个性染色体呢?

众所周知，CRISPR/Cas9是一种有效的基因编辑工具，该方法通过靶向特定的单导RNA (sgRNAs)被广泛应用于基因或基因组区域的编辑。我们最初计划使用CRISPR/Cas9系统来研究Y染色体基因的生物学功能。Y染色体高度特化于男性的性别分化和生育能力。然而，到目前为止，只有少数基因被评估为具有靶向敲除小鼠的生物学功能。因此，除了Y染色体单拷贝基因外，我们还测试了多拷贝的Y染色体基因是否可以被有效删除。令我们惊讶的是，我们发现多拷贝基因Ssty1、Ssty2和Rbmy1a1的缺失导致了男性胚胎的性别逆转。实验数据显示，性别逆转是由整个Y染色体的缺失引起的，而不是多拷贝基因的敲除。因此，一个完整的染色体，包括性染色体X和Y，以及一个常染色体，可以被特定染色体上的多个DNA分裂所删除，这是由一个以多个染色体特异性位点为目标的sgRNA或多个sgRNA的混合物所诱导的，每个sgRNA都以一个特定位点为目标。

你的研究如何建立在先前的研究之上?

随着CRISPR/Cas9的出现，科学家们一直试图将这项技术应用于多个领域，包括基因删除、基因插入、大片段删除和染色体易位。然而，是否可以通过CRISPR/Cas9删除整个染色体是一个有趣的问题。先前的研究表明,染色体消除目标可以通过面向相对loxP网站插入目标染色体紧随其后Cre-mediated姐妹染色单体重组,或插入TKNEO转基因成一份有针对性的染色体紧随其后的是药物的选择染色体缺失通过自发染色体克隆的损失。这两种方法都需要两步操作，并且获得染色体缺失细胞的产量低，因此不适合在体内研究。相比之下，CRISPR/ cas9介导的靶向染色体消除为开发具有染色体缺失的动物模型提供了一种新的方法，并为涉及更多染色体的人类非整倍体疾病提供了一种潜在的治疗策略。

这项技术的临床意义是什么?你能强调一下一些具体的情况，这可以防止在未来?

非整倍体是一种与染色体的添加或删除相关的人类遗传疾病，在婴儿期或儿童期会导致显著的发病率和死亡率，包括唐氏综合征(多21例)、克氏综合征(多X例)或XYY综合征。利用CRISPR/Cas9 -介导的靶向染色体清除，可以在培养细胞、胚胎，更重要的是，在体内组织中选择性地清除一条额外的染色体，这为非整倍体疾病提供了一种潜在的治疗方法。然而，当两条同源的X染色体中的一条被这种方法删除时，我们发现剩下的X染色体也发生了突变。我们认为，基于单核苷酸多态性，仅针对两条或三条同源染色体中的一条的sgRNAs可以避免其余一条(XXY和XYY综合征)或两条染色体(唐氏综合征)的突变。非整倍体也是癌症的一个标志。CRISPR/Cas9介导的靶向染色体消除为研究肿瘤发生过程中的非整倍性提供了一种新的方法，并为对抗多种人类肿瘤提供了一种潜在的治疗策略。

你能描述一下你是如何消除一条染色体的吗?主要的挑战是什么?

CRISPR/Cas9就像一个分子剪刀，可以通过sgRNA的引导，在DNA序列中切割特定的位置。从本质上说，染色体是一系列非常长的DNA序列，上面有重复的序列。这些重复序列在特定的时间间隔出现。通过设计针对这些重复序列的sgRNAs, CRISPR/Cas9可以阻断染色体上的所有重复。你可以把它想象成一条领带被剪了几百次，染色体就会被破坏到细胞无法修复的地步。因此，在细胞分裂过程中，目标染色体不能参与DNA复制过程，并在子代中消失。

这项技术的主要挑战是如何有效地诱导多重DNA分裂。不同重复序列的染色体删除效率不同，很难预测这些重复序列是否“工作良好”。另一个挑战是如何有选择地从两个或三个染色体中选择一个。

像CRISPR这样的基因编辑技术的伦理含义是什么?

作为基因编辑领域的研究者，我们都相信这项技术将在治疗中发挥重要作用。同时，我们充分理解当今社会对这一技术的伦理关注，因此我们一直支持和遵守在编辑人类生殖细胞、恐怖主义、对生态安全的威胁以及国际干细胞会议专家提出的其他伦理指南等方面的使用。在应用该技术治疗患者之前，有许多问题需要解决，如靶向效率、给药方式和脱靶效应。所有的技术都需要必要的规则来约束，所以我们会与社会各界进行沟通，以确保人类和环境的安全。