以CRISPR/Cas9系統(tǒng)為代表的基因組編輯工具在發(fā)揮功能時(shí)需要改變DNA序列，往往面臨著脫靶導(dǎo)致的安全性問(wèn)題。
越來(lái)越多的研究證明，在病毒感染和癌癥中，表觀基因組發(fā)揮著核心作用。表觀遺傳通過(guò)DNA甲基化影響基因表達(dá)，當(dāng)甲基基團(tuán)標(biāo)簽被貼在DNA上時(shí)，可導(dǎo)致基因沉默，而且表觀基因組與基因組一樣具有可遺傳性。
4月9日，在Cell雜志發(fā)表的一篇論文中，來(lái)自美國(guó)加州大學(xué)舊金山分校和麻省理工學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種新型表觀遺傳基因組編輯工具 "CRISPRoff "，這一工具能在不改變遺傳密碼的情況下沉默人類細(xì)胞中幾乎所有的基因。這種沉默會(huì)在細(xì)胞的后代中保持?jǐn)?shù)百代，且具有可逆性，在使用另一種“CRISPRon”工具后可以重新激活被沉默的基因。
CRISPR系統(tǒng)之所以能成為有效的基因編輯工具，要?dú)w功于其中兩個(gè)重要的功能組件：一個(gè)是行DNA剪切功能的DNA內(nèi)切酶。另一個(gè)是歸巢裝置，能發(fā)揮特異性尋靶功能，可以精確控制編輯位置。
為了構(gòu)建作用于表觀基因組的CRISPRoff，研究人員保留了CRISPR的歸巢裝置，去除了DNA切割酶功能，然后再為其增添一種能作用于表觀基因組的酶。兩種CRISPRoff工具中，CRISPRoff-V2的沉默作用更強(qiáng)大。
來(lái)源：Cell
研究人員利用這一工具靶向沉默內(nèi)源性CLTA基因，觀測(cè)了表觀遺傳記憶的持久性，并檢測(cè)了CLTA在單細(xì)胞克隆中的表達(dá)。結(jié)果表明，這一基因不僅在被處理的細(xì)胞中保持沉默，而且在轉(zhuǎn)染后15個(gè)月或經(jīng)歷450代細(xì)胞分裂后，38個(gè)克隆（共39個(gè)）中的CLTA基因均依然能保持沉默。
來(lái)源：Cell
除了持久性方面的優(yōu)異特性，CRISPRoff還具有可逆性，使用另一種CRISPRon工具可以去除CRISPRoff編入的甲基化標(biāo)記，重新激活被沉默的基因，實(shí)現(xiàn)使這一過(guò)程的完全可逆化。
CRISPRon逆轉(zhuǎn)基因沉默（來(lái)源：Cell）
傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，甲基化只能沉默CpG島（CGI）中的胞嘧啶，而近三分之一的人類基因缺乏CpG島，因此研究人員懷疑約有30%的人類基因?qū)π鹿ぞ邲](méi)有反應(yīng)。但CRISPRoff的表現(xiàn)卻推翻了這一觀點(diǎn)，CRISPRoff的表觀遺傳編輯并不局限于具有典型CpG島的基因，也能夠沉默沒(méi)有CpG島結(jié)構(gòu)的基因。
CRISPRoff沉默沒(méi)有CpG島結(jié)構(gòu)的基因（來(lái)源：Cell）
終末，研究人員在誘導(dǎo)多能干細(xì)胞中探究了CRISPRoff的治療潛力。雖然表觀基因組會(huì)在干細(xì)胞分化為成熟細(xì)胞的過(guò)程中發(fā)生適應(yīng)性變化，但研究人員觀察到，在被CRISPRoff沉默了某個(gè)基因的干細(xì)胞所分化的細(xì)胞中，有90%依然保持著由CRISPRoff編碼的基因沉默。
在iPSC、iPSC分化的神經(jīng)元中的CRISPRoff基因沉默（來(lái)源：Cell）
這表明CRISPRoff僅需一次給藥即可實(shí)現(xiàn)持久的治療，體現(xiàn)了CRISPRoff巨大的治療潛力。
總的來(lái)說(shuō)，這種可編程的表觀基因組編輯是可調(diào)、可逆的，無(wú)需切割DNA，從而有效地避免了與基因編輯相關(guān)的細(xì)胞毒性。但研究人員也指出，全部的治療潛力仍需進(jìn)一步的工作來(lái)實(shí)現(xiàn)。
參考資料：
[1] James Nu?ez et al. Genome-wide programmable transcriptional memory by CRISPR-based epigenome editing. Cell (2021)
[2] New CRISPR Technology Offers Unrivaled Control of Epigenetic Inheritance（來(lái)源：UCSF）
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