北卡羅來納大學教堂山分校、國立衛生研究院等機構的研究人員開發出一種基於CRISPR-Cas9的系統，可以利用化學表觀遺傳修飾因子（CEM）來實現基因表達的激活，而無需使用外源的轉錄調控蛋白。
北卡羅來納大學教堂山分校、國立衛生研究院等機構的研究人員開發出一種基於CRISPR-Cas9的系統，可以利用化學表觀遺傳修飾因子（CEM）來實現基因表達的激活，而無需使用外源的轉錄調控蛋白。
這項成果於本週發表在《Nature Biotechnology》雜誌上。此係統由兩部分組成，其一是帶有FK506結合蛋白（FKBP）的催化失活Cas9（dCas9），其二則是CEM，它可以招募內源的轉錄調控因子，從而激活目標基因的表達。
作者寫道：“我們證明，CEM可以使內源位點的基因表達上調20多倍。我們還證明了轉錄激活的劑量依賴性控制、在多個不同基因上的作用、CEM活性的可逆性以及我們最佳的CEM在整個基因組中的特異性。”
在之前的研究中，科學家證明了CEM能夠修飾染色質並抑制改造位點的基因表達。在這項新研究中，他們開發出CEM激活（CEMa）分子，可以招募內源性基因激活機制，包括CEM87、CEM88和CEM114。這些分子分別與不同的轉錄激活因子相結合。
為了檢驗基因表達的變化，研究人員利用綠色熒光蛋白（GFP）基因轉染了HEK293T細胞，並對共表達gRNA和dCas9機制的細胞開展流式分析。他們用共表達dCas9-FKBP×1或dCas9-FKBP×2以及CEMa分子的質粒激活報告基因。在48小時後，他們發現GFP報告基因的表達均有顯著增強。
在優化dCas9系統後，研究人員選擇了兩個最有效的CEMa分子（CEM87和CEM114）開展時間進程分析。他們用表達dCas9、MS2-FKBP×2和GFP的質粒轉染細胞。與未處理的細胞相比，經過CEM87和CEM114處理的細胞在24小時和48小時後產生了GFP高表達。他們還發現，CEM對目標基因的激活調控是可逆的。
為了研究dCas9-CEMa系統的多功能性，研究人員利用靶向白介素1受體拮抗基因（IL1RN）的gRNA進行了測試。與對照細胞相比，經過CEM87處理後，IL1RN基因的表達增強了近96倍。同時，他們還靶向了表達量相對較高的MYC1位點，發現CEM87並未明顯增強其表達。
作者總結道：“通過CEMa技術與dCas9載體的融合，我們理論上可以通過該系統來靶向基因組中的任何基因。這種dCas9-CEMa技術為靶向疾病相關的基因鋪平了道路，有望解答與疾病機理相關的問題。”
原文檢索
Chiarella, A.M., Butler, K.V., Gryder, B.E. et al. Dose-dependent activation of gene expression is achieved using CRISPR and small molecules that recruit endogenous chromatin machinery. Nat Biotechnol (2019) doi:10.1038/s41587-019-0296-7
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