7.25 基因编辑大牛张锋团队近年重要研究成果解读！

本文中，柚子酱整理了近年来基因编辑大牛张锋团队的重要研究成果，与大家一起学习！

Science：基因编辑大牛张锋开发出 RESCUE 技术，可扩大 RNA 编辑能力

基于 CRISPR 的工具彻底改变了我们靶向与疾病相关的基因突变的能力。CRISPR 技术包括一系列不断增长的能够操纵基因及其表达的工具，包括利用酶 Cas9 和 Cas12 靶向 DNA，利用酶 Cas13 靶向 RNA。这一系列工具提供了处理突变的不同策略。鉴于 RNA 寿命相对较短，靶向 RNA 中与疾病相关的突变可避免基因组发生永久性变化。此外，使用 CRISPR/Cas9 介导的编辑难以对诸如神经元之类的某些细胞类型进行编辑，因而需要开发新策略来治疗影响大脑的破坏性疾病。

在一项新的研究中，美国麻省理工学院麦戈文脑科学硏究所研究员、布罗德研究所核心成员张锋（Feng Zhang）及其团队如今开发出一种称为 RESCUE（RNA Editing for Specific C to U Exchange， C→U 交换特异性的 RNA 编辑）的策略。相关研究结果发表在 Science 期刊上。

原文检索：doi：10.1126 /science.aax7063

Science：基因编辑大牛张锋开发出新型基因编辑技术 ---CRISPR 相关转座酶

在一项新的研究中，来自美国麻省理工学院、布罗德研究所和美国国家卫生院（NIH）的研究人员发现 CRISPR 相关的转座子可用于将定制的基因插入到 DNA 中而不需要切割它，相关研究结果发表在 Science 期刊上，在这篇论文中，他们描述了他们的新型基因编辑技术，以及它在细菌基因组中进行测试时的效果。

近年来，CRISPR 基因编辑技术因它具有治疗遗传性疾病的潜力而成为热点。不幸的是，尽管围绕这种技术进行了大量研究，但它仍然不适合用于人类患者。这是因为这种技术容易出错：在切割 DNA 链时，CRISPR 有时也会进行脱靶 DNA 切割，从而导致意料之外的不可预测的后果（有时会导致癌症）。在这项新的研究中，这些研究人员找到了一种方法，即将 CRISPR 与另一种蛋白结合使用，对 DNA 链进行编辑而不对它进行切割 --- 他们称之为 CRISPR 相关转座酶（CRISPR-associated transposase， CAST）。

原文检索：doi：10.1126 /science.aax9181

基因编辑大牛张锋新力作！发现第三种 CRISPR-Cas 系统，显著降低脱靶效应

来自原核生物 CRISPR/Cas 系统的酶已被用作可编程的和高度特异性的基因组编辑工具。目前的基因组编辑技术集中在 II 型 CRISPR-Cas 系统上，该系统含有单个用于 DNA 切割的蛋白效应核酸酶。然而，到目前为止，仅有两个 II 型核酸酶家族用于人细胞中的基因组编辑：Cas9，即一种由两个向导 RNA（gRNA）引导的核酸酶，含有两个核酸酶结构域：HNH 和 RuvC，其中这两个 gRNA 为 CRISPR RNA（crRNA）和 tracrRNA；Cas12a，即一种由单个 gRNA 引导的核酸酶，含有单个结构域：RuvC，其中这单个 gRNA 为 crRNA。

在一项新的研究中，来自美国布罗德研究所的张锋（Feng Zhang）及其团队着重关注第三种 II 型蛋白效应核酸酶：Cas12b，即一种由两个 gRNA 引导的核酸酶，含有单个结构域：RuvC，其中这两个 gRNA 为 crRNA 和 tracrRNA。尽管 Cas12b 蛋白通常比 Cas9 和 Cas12a 小，因而从通过病毒载体进行细胞内递送的观点来看具有吸引力，但是得到最好描述的来自嗜酸耐热菌（Alicyclobacillus acidoterrestris）的 Cas12b 核酸酶（AacCas12b）在 48°C 时表现出最佳的 DNA 切割活性，这阻止它在哺乳动物细胞中的应用。张锋团队试图鉴定出在较低温度下有活性的 Cas12b 家族成员，这样就可用于人类基因组编辑，相关研究结果发表在 Nature Communications 期刊上。

原文检索：doi：10.1038 /s41467 - 018 - 08224 - 4

Nature：大牛张锋教授证实 CRISPR–Cas13 可靶向哺乳动物细胞中的 RNA

早在 2016 年，科学家们就发现了结合和切割单链 RNA 而不是 DNA 的 CRISPR 蛋白。如今，在一项新的研究中，来自美国麻省理工学院（MIT）的研究人员对这种被称作 CRISPR-Cas13a 的系统进行调整，使之在哺乳动物细胞中发挥作用，相关研究结果发表在 Nature 期刊上。

在美国罗彻斯特大学开展 RNA 靶向 CRISPR 系统研究的 Mitchell O Connell（未参与这项研究）注意到，在 CRISPR 之前，RNAi（RNA 干扰）是调节基因表达的理想方法。但是 Cas13a 的重大益处之一是它似乎具有更强的特异性，而且这种系统对哺乳动物细胞而言并不是内源性的，因此你不太可能扰乱细胞中天然的转录后网络。相反，RNAi 利用内源性机制开展基因抑制（gene knockdown，即抑制基因表达）。

原文检索：doi：10.1038 /nature24049

Cell：张锋发表综述详细介绍第二类 CRISPR-Cas 系统

近期张锋教授也与另外两位学者在 Cell 杂志上发表了题为《SnapShot： Class 2 CRISPR-Cas Systems》的特写文章，介绍了新一代 CRISPR 基因组编辑系统：Class 2 CRISPR-Cas Systems。2015 年，张锋及其同事们就报告称发现了一种不同的 CRISPR 系统，具有潜力实现更简单、更精确的基因组工程操作。这个新系统是通过在不同类型的细菌中搜寻了成百上千种的 CRISPR 系统，寻找具有有用特性的酶，结果来自氨基酸球菌属（Acidaminococcus）和毛螺菌科（Lachnospiraceae）的 Cpf1 酶成为新的候选物。

这一新发现的 Cpf1 系统有几个重要的方面不同于以往描述的 Cas9，Cpf1 系统更简单一些，它只需要一条 RNA。Cpf1 酶也比标准 SpCas9 要小，使得它更易于传送至细胞和组织内；Cpf1 以一种不同于 Cas9 的方式切割 DNA。当 Cas9 复合物切割 DNA 时，它切割的是同一位点的两条链，留下的「平端」在重新连接时往往会发生突变。

原文检索：doi：10.1016 /j.cell.2016.12.038

Science：基因编辑大牛张锋再发力，揭示只靶向 RNA 的新型 CRISPR 系统

在一项新的研究中，来自美国国家卫生研究院（NIH）、哈佛大学 - 麻省理工学院布罗德研究所（简称布罗德研究所）、麻省理工学院、罗格斯大学新伯朗士威校区和俄罗斯斯科尔科沃理工学院等机构的研究人员描述了一种靶向作用于 RNA 而不是 DNA 的新型 CRISPR 系统。相关研究结果发表在 Science 期刊上。

这种新的 CRISPR 系统有潜力提供一种强大的方法进行细胞操纵。尽管 DNA 编辑让细胞基因组发生永久性变化，但是这种基于 CRISPR 的 RNA 靶向方法可能允许科学家们让细胞基因组发生可根据需要进行上下调节的临时变化，而且比现存的 RNA 干扰方法具有更大的特异性和功能性。在这项研究中，来自布罗德研究所的张锋及其同事们与来自 NIH 的 Eugene Koonin 及其同事们、来自罗格斯大学新伯朗士威校区的 Konstantin Severinov 等组成一个合作小组，鉴定出一种 RNA 引导的能够靶向结合和降解 RNA 的酶 C2c2，并对 C2c2 进行功能性描述。

原文检索：doi：10.1126 /science.aaf5573

Nature：张锋团队发布 CRISPR 新成果，开辟镰状细胞病治疗新途径

来自 Dana-Farber / 波士顿儿童医院癌症及血液疾病中心的研究人员发现，改变一小段 DNA 可以避开镰状细胞病（SCD）背后的遗传缺陷。这一发布在 Nature 杂志上的新发现，为开发出一些基因编辑方法来治疗 SCD 和诸如地中海贫血等其他的血红蛋白疾病开辟了一条途径。

这一称作为增强子的 DNA 片段控制了分子开关 BCL11A。这一开关反过来决定了红细胞是生成成人形式的血红蛋白（hemoglobin，在 SCD 中血红蛋白发生了突变），还是未受影响的、可以对抗镰状细胞突变效应的胎儿形式血红蛋白。其他的一些研究表明，胎儿血红蛋白升高的镰状细胞病患者病情较轻。

原文检索：doi：10.1038 /nature15521

Nature：张锋团队最新研究成果，CRISPR 可启动任何基因！

一项刊登在国际杂志 Nature 上的研究报告中，来自麻省理工的科学家们对目前最热门的基因编辑系统 CRISPR/Cas9 进行了改造，如今人们可以用这一技术在活细胞中有效启动任何基因。这个系统可以让科学家们更简便地研究不同基因的功能；改造后的 CRISPR 技术，可以快速对整个基因组进行功能筛选，帮助人们鉴定涉及特定疾病的基因。张锋等人在这项研究中就鉴定了让黑色素瘤细胞抵抗癌症药物的几个基因。

CRISPR 原本是细菌抵御病毒感染的免疫体系。之前人们利用这个系统建立了基因编辑复合体，这个复合体包括 Cas9 酶和引导 RNA。引导 RNA 结合到基因组的特定序列，告诉 Cas9 在哪里进行剪切。

原文检索：doi：10.1038 /nature14136

张锋 Nature Medicine 综述：基因编辑技术最新进展

人体内已命名的基因共有 25000 多条，目前已知一部分基因（3000）的突变会引起各类疾病。对于此类疾病的治疗，最本质的手段是通过一些方法将突变后的遗传物质矫正回原来的状态。这类方法被称为遗传疗法（genetic therapies）。目前最广泛的遗传疗法手段为：1. 以病毒载体感染方式引导的源基因导入；2. 以 RNA 干扰方式引导的目的基因表达下调。这些手段在治疗严重复合型免疫缺陷疾病（SCID）以及 Wiskott-Aldrich 综合征方面获得了成功。尽管如此，RNAi 技术在应用的广泛性上还存在局限。

基因编辑技术是针对 DNA 本身进行的操作手段。最近应用型基因编辑领域的 " 鼻祖"，美国麻省理工学院张锋教授等人发表在《Nature Medicine》杂志上的一篇综述详细介绍了这些技术的原理以及在临床上的应用前景。

原文检索：doi：10.1038 /nm.3793

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