張鋒、莊小威發表新的CRISPR標記系統

　　5月27日，Nature子刊《Scientific Reports》在線刊登了美國霍華德休斯醫學研究所、哈佛大學、麻省理工大學（MIT）-哈佛Broad研究所、MIT McGovern腦研究所的一項最新研究成果，題為“An RNA-aptamer-based two-color CRISPR labeling system”。這項研究提出了一種基于RNA-適配子的雙色CRISPR標記系統。MIT-哈佛Broad研究所的CRISPR先鋒——張鋒博士、哈佛大學華裔女科學家、美國國家科學院院士莊小威，都是這項研究的共同作者。本文通訊作者是哈佛大學、霍華德休斯醫學研究所的Siyuan Wang。

　　張鋒博士是近兩年大熱的CRISPR/Cas9技術的先驅開創者之一。2013年，這位80后的年輕華人科學家開發出了可用來編輯DNA、敲除指定基因的CRISPR/Cas系統，自此之后一直致力于推動這一技術走向完美。3月份，加拿大蓋爾德納基金會網站近日公布了2016年加拿大蓋爾德納獎（Canada Gairdner Awards）的獲得者名單，共有來自美國、德國、法國和加拿大七名科學家分獲了該獎的三個獎項。每位獲獎者將分別獲得10萬加元的獎金（2016年加拿大“小諾貝爾獎”公布 華人科學家張鋒獲獎）。5月初，《自然生物技術》（Nature Biotechnology）發布了最新的一些CRISPR技術ZL，由張鋒獨立及與合作者共同獲得的ZL就占據了6項（聚焦最新CRISPRZL，張鋒獨占6項）。

　　染色質組織的動態變化是許多重要的生物過程的基礎。為了研究染色質動力學和生物學功能之間錯綜復雜的關系，科學家已經開發出各種方法，來影像體內特定的基因組DNA序列。傳統上，位點特異性活細胞DNA標記依賴于熒光抑制劑操縱子系統（FROS），這可以將大批的操縱區重復序列轉入感興趣的基因組位點附近。

　　然而，這種方法會擾亂內源性DNA序列，并需要重復、耗時的工作，以將操縱子陣列插入所有靶位點。最近的方法采用來自基因組工程研究的可編程性DNA結合蛋白，例如TALEs和CRISPR-Cas9，來指導標記內生DNA序列。在后一種方法中，內源性基因組位點是用dCas9結合一個熒光蛋白進行標記，并用靶定每個染色質位點上的一組序列的sgRNAs進行編程。

　　這種方法具有可編程、可擴展的特性，能夠容易適應于研究活細胞中各種基因組位點的動態。最近，這種方法已經延伸至，通過利用來自不同細菌物種（例如，釀膿鏈球菌、奈瑟菌、嗜熱鏈球菌和金黃色釀膿葡萄球菌）的dCas9/sgRNA組合，來實現人類基因組中重復序列的多色標記。然而，奈瑟菌、嗜熱鏈球菌和金黃色釀膿葡萄球菌CRISPR-Cas9系統比釀膿鏈球菌CRISPR-Cas有更多的PAMs，也更少的被表征。

　　在這項研究中，研究人員只使用表征完好的釀膿鏈球菌Cas9，通過將MS2或PP7 RNA寡核苷酸適配子合并入sgRNA，開發出了一種選擇性的雙色CRISPR標記方法。然后，MS2或PP7寡核苷酸適配子將與不同熒光蛋白融合的相應MS2或PP7外殼蛋白，招募到靶基因組位點。該研究小組用這種方法在活體人細胞中展示了重復序列的特定和雙色標記。通過將MS2或PP7寡核苷酸適配子附著到sgRNA上的不同位置，研究人員發現，擴展具有MS2或PP7寡核苷酸適配子的sgRNA的發夾結構和莖環，可增強染色質成像的信背比。

　　但是，這種設計的一個缺點在于，與以前的方法相比，它多涉及到一個蛋白質構造（例如對雙色標記來說，這個設計包括三種融合蛋白，而以前的方法僅需要兩種），這就導致了一個稍微復雜的細胞系構建過程。還需要開展進一步的實驗，來檢測RNA-適配子為基礎的CRISPR標記系統的全部潛力。