哈佛新技術(shù)可精確指導(dǎo)干細(xì)胞分化

就基因表達(dá)而言，人們主要還是一次研究一個(gè)基因。哈佛大學(xué)Wyss研究所的研究人員在著名遺傳學(xué)家George Church的領(lǐng)導(dǎo)下利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了一種革命性技術(shù)。該技術(shù)可以揭示一連串基因回路對(duì)生物過(guò)程的影響(比如組織發(fā)育或疾病發(fā)生)，也可以精確指導(dǎo)干細(xì)胞分化，生成再生醫(yī)學(xué)所需的移植器官。相關(guān)論文最近發(fā)表在Nature Methods雜志上。

這項(xiàng)研究意味著人們可以開(kāi)發(fā)出精確的基因療法來(lái)預(yù)防和治療疾病，是高度個(gè)性化醫(yī)療的曙光。個(gè)性化醫(yī)療是非常重要的，因?yàn)槿说膫€(gè)體差異對(duì)疾病發(fā)展影響很大。

CRISPR/Cas9是時(shí)下最熱門(mén)的基因編輯系統(tǒng)，Cas9蛋白可以說(shuō)是基因工程的瑞士軍刀，可以結(jié)合并切割任意DNA。Church等人以一種新方式使用Cas9，讓它激活特定基因的轉(zhuǎn)錄，從而表達(dá)或抑制特定的遺傳學(xué)性狀。他們把Cas9與延長(zhǎng)了三倍的轉(zhuǎn)錄因子融合起來(lái)，使其能夠強(qiáng)力控制單個(gè)或多個(gè)基因的表達(dá)。

“在基因工程領(lǐng)域，能控制遺傳學(xué)性狀的旋鈕越多越好，”Church說(shuō)?！拔覀冋故玖艘活惾碌男o，它們可以控制多個(gè)基因，決定特定遺傳學(xué)性狀的表達(dá)或表達(dá)程度?，F(xiàn)在我們可以極為精確的上調(diào)或下調(diào)基因表達(dá)。”研究人員在體外培養(yǎng)的酵母、果蠅、小鼠和人類細(xì)胞中證實(shí)了這一技術(shù)操縱基因表達(dá)的能力。

人類基因組90%的區(qū)域并不翻譯成蛋白質(zhì)，曾經(jīng)被認(rèn)為是無(wú)用的垃圾。后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)，這一區(qū)域的基因以一種神秘的方式起作用，而且這些基因往往串聯(lián)起來(lái)發(fā)揮作用。Church等人開(kāi)發(fā)的新方法，可以靶標(biāo)和激活這些人們知之甚少的DNA暗物質(zhì)。

除了揭開(kāi)DNA暗物質(zhì)的秘密，Cas9還能將合成的基因環(huán)引入基因組，觸發(fā)全新的基因表達(dá)或者改變基因表達(dá)。用 Cas9精確操縱一連串基因，對(duì)干細(xì)胞工程也有很大的幫助，有助于開(kāi)發(fā)移植用的器官和再生療法。

“要從干細(xì)胞生成器官，我們必須加快對(duì)發(fā)育生物學(xué)的理解，”Church說(shuō)?！拔覀兊姆椒梢钥焖俑蓴_和分析大量基因組合，大大提升鑒定發(fā)育通路的速度。”

研究人員用自己開(kāi)發(fā)的技術(shù)誘導(dǎo)干細(xì)胞分化成大腦神經(jīng)元。他們發(fā)現(xiàn)，Cas9在編程神經(jīng)元發(fā)育時(shí)比傳統(tǒng)方法好40倍。

“這項(xiàng)研究為人們提供了控制細(xì)胞和組織功能的有力途徑，會(huì)給所有科研和醫(yī)療領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)革命，比如基因治療、再生醫(yī)學(xué)、抗衰老等等，”Wyss研究所的Donald Ingber教授說(shuō)。