基因编辑系统允许基因功能的快速，大规模研究

使用最初开发的基因编辑系统，该系统来自MIT的研究人员开发了一种可靠地打开其在活细胞中选择的任何基因的新技术。

根据Feng Zhang，Carpr / Cas9基因编辑系统的这种新申请应该允许科学家们更容易地确定史式基因的功能。麻省理工学院大脑和认知科学与生物工程部门的生物医学工程职业发展教授，以及广泛的研究所和麻省理工学院的麦戈尔恩大脑研究所的成员。

这种方法还可以实现整个基因组的快速功能屏幕，使科学家识别涉及特定疾病的基因。在12月10日在线版本的一项研究中，张和同事鉴定了几种帮助黑素瘤细胞对癌症药物抗性的基因。

Silvana Konermann是Zhang的实验室的研究生和McGovern Touchtitute Postdoc的研究生，是纸张的主要作者。

CRISPR的新功能

CRISPR系统依赖于细胞机制，细菌用于保护自己免受病毒感染。研究人员先前利用这种细胞系统来创造基因编辑复合物，其包括称为Cas9的DNA切割酶，该酶与短的RNA引导股线结合，该股线被编程为结合特定的基因组序列，告诉Cas9在其中切割的地方。

在过去两年中，科学家们将Cas9开发为用于将基因关闭或用不同版本替换的工具。在新的研究中，张和同事们设计了Cas9系统来转动基因，而不是将它们击出。

科学家们在使用植物在特定位点靶向DNA的蛋白质之前尝试过这一点。然而，这些蛋白质难以使用。“如果你使用较老一代的工具，让技术完成你真正想要的东西是一个自己的项目，”Konermann说。“这需要很多时间，也很贵。”

还试图通过将CAS9酶的部分灭活和将Cas9连接到称为活化域的蛋白质片段来使用CRISPR来打开基因。这些域招募了开始从DNA开始读取复制RNA所需的细胞机制，该方法称为转录。

但是，这些努力无法始终如一地转向基因转录。东京大学的张某和他的同事们，奥萨马·纳鲁基和黎明·尼希马苏决定根据他们在Cas9与指导RNA及其靶DNA结合的结构之前出现的分析来大修CRISPR-CAS9系统。“基于知道其三维形状，我们可以考虑如何合理改善系统，”张说。

在以前的努力中，科学家试图将激活域附着到Cas9蛋白的任一端，成功有限。从他们的结构研究来看，麻省理工学院团队意识到RNA指南的两个小环从Cas9复合物戳出，并且可以更好地附着点，因为它们允许激活域在招募转录机制方面具有更大的灵活性。

使用他们的改进系统，研究人员激活了关于已经难以或不可能使用前一代Cas9激活剂的十几种基因。每个基因显示在转录中至少有一个双重升压，并且对于许多基因，研究人员发现了多种峰值的激活增加。

基因组级激活筛选

一旦研究人员表明该系统在激活基因上有效，它们就会在人类基因组中创造了70,290个导向RNA的70,290个指南RNA的文库。

它们筛选了该库以识别赋予称为PLX-4720的黑素瘤药物抗性的基因。这种类型的药物在黑色素瘤细胞在BRAF基因中突变的患者中工作，但在治疗中存活的癌细胞可以生长到新的肿瘤中，允许癌症复发。

为了发现帮助细胞变得抗性的基因，研究人员将CRISPR组分赋予实验室生长的大量黑色素瘤细胞，每个细胞接受靶向不同基因的不同导率。用PLX-4720治疗细胞后，它们鉴定了几个基因，帮助细胞存活 - 一些先前已知参与耐药性，以及几种新靶标。

这样的研究可以帮助研究人员发现预防肿瘤抗性的新癌症药物。

“你可以从一种针对突变的BRAF的药物以及组合治疗，该组合治疗靶向使细胞存活的基因。如果同时瞄准两者，你可能会阻止细胞显影，尽管毒品治疗尽管有进一步的增长，但康涅班说。

科学家试图通过递送病毒携带的单一基因来做这样的大型屏幕，但这并不适用于所有基因。

“这种新技术可以允许您对达娜 - 前癌症研究所的医学副教授Levi Garraway进行样本可能正在发挥作用的更大频谱。”“这真的是一种技术开发论文，但耐药屏的诱人结果与这种方法的丰富生物学可能性交谈。”

张的实验室还计划使用这种技术来筛选基因，即当激活时，可以纠正自闭症或神经变性疾病如阿尔茨海默氏症的影响。他还计划通过Addgene Repositore使希望使用它们的学术实验室提供必要的试剂。

该研究由国家心理健康研究所提供资金;国家神经障碍研究所和中风; Keck，Searle Scholars，Klingenstein，Vallee和Simons基础;和bob metcalfe。

出版物：Silvana Konermann，等人，“由工程克里普尔Cas9复合物”的基因组调整转录激活“自然”（2014）; DOI：10.1038 / Nature14136

图像：冯章和史蒂夫迪克森