新的CRISPR技术为表观遗传提供了无与伦比的控制

由于表观基因组在从病毒感染到癌症的许多疾病中起着核心作用，crisprof技术可能有一天会导致强大的表观遗传疗法。由于这种方法不涉及任何DNA编辑，它可能比传统的CRISPR疗法更安全，因为传统的CRISPR疗法已经被认为会对基因组造成不必要的和潜在的有害变化。

“虽然基因和细胞疗法是医学的未来，但永久改变基因组存在潜在的安全问题，这就是为什么我们正在尝试用CRISPR来治疗疾病的其他方法，”UCSF海伦·迪勒家庭综合癌症中心教授、新论文的共同高级作者卢克·吉尔伯特博士说。

将CRISPR从基因组转化为表观基因组编辑器

传统的CRISPR配备了两个分子硬件，使其成为有效的基因编辑工具。其中一种成分是DNA剪切酶，它赋予了CRISPR改变DNA序列的能力。另一种是寻的装置，可以通过编程将任何感兴趣的DNA序列归零，对编辑的位置进行精确控制。

为了构建CRISPRoff，研究人员省去了传统CRISPR的dna剪切酶功能，同时保留了归路装置，创造了一种精简的CRISPR，能够针对任何基因，但不能编辑它。然后他们把一种酶拴在这个简单的CRISPR上。但这种酶不是剪接DNA，而是作用于表观基因组。

这种新工具针对的是一种被称为DNA甲基化的特殊表观遗传特征，这是表观基因组的许多分子部分之一。当DNA被甲基化时，一个被称为甲基的小化学标签会附着在DNA上，使附近的基因沉默。尽管DNA甲基化在所有哺乳动物细胞中都是自然发生的，但crisprof为科学家提供了前所未有的控制这一过程的能力。论文中描述的另一种名为CRISPRon的工具可以去除crisprof沉积的甲基化标记，使这一过程完全可逆。

“现在我们有一个简单的工具，可以沉默绝大多数的基因，”乔纳森·韦斯曼博士说，他是怀特黑德研究所的成员，新论文的共同高级作者，前加州大学旧金山分校的教员。“我们可以同时对多个基因进行这项研究，而不会对DNA造成任何损伤，而且在某种程度上可以逆转。这是控制基因表达的一个很好的工具。”

“重大惊喜”颠覆了表观遗传学的一个基本原则

基于意大利一个研究小组之前的工作，研究人员相信CRISPRoff能够使特定基因沉默，但他们怀疑大约30%的人类基因对这种新工具没有反应。

DNA由四个遗传字母组成——A、C、G、T——但一般来说，只有G旁边的C才能被甲基化。更复杂的是，科学家们一直认为甲基化只能使基因组中CG序列高度集中的基因沉默，这些区域被称为“CpG岛”。

由于近三分之一的人类基因缺乏CpG岛，研究人员认为甲基化不会关闭这些基因。但他们的crisprof实验推翻了这一表观遗传学教条。

吉尔伯特说:“在这项工作之前，人们认为30%没有CpG岛的基因不受DNA甲基化的控制。”“但我们的工作清楚地表明，你不需要一个CpG岛来通过甲基化关闭基因。这对我来说是一个很大的惊喜。”

表观遗传增强了crisprof的治疗潜力

像CRISPRoff这样易于使用的表观遗传编辑器具有巨大的治疗潜力，这在很大程度上是因为，像基因组一样，表观基因组可以遗传。

当CRISPRoff使一个基因沉默时，该基因不仅在被处理的细胞中保持关闭状态，在细胞分裂时，它也会在细胞的后代中保持关闭状态，最多可达450代。

令研究人员惊讶的是，即使在成熟的干细胞中也是如此。尽管从干细胞到分化成人细胞的转变涉及表观基因组的重大重组，但CRISPRoff沉积的甲基化标记在完成这一转变的很大一部分细胞中忠实地继承了。

这些发现表明，CRISPRoff只需要服用一次就能产生持久的治疗效果，这使它成为治疗罕见遗传疾病的一种有前景的方法，包括影响结缔组织的马凡氏综合征、乔布斯综合征、一种免疫系统疾病和某些形式的癌症，这些疾病都是由基因单个受损副本的活动引起的。

研究人员指出，尽管CRISPRoff非常有前途，但还需要进一步的工作来实现其全部治疗潜力。时间会告诉我们crisprof和类似的技术是否真的是“医学的未来”。