CRISPR-Cas9搭車(chē)“DNA納米紗團(tuán)”進(jìn)入細(xì)胞核？！

來(lái)源：生物谷作者：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2015-09-06 10:48:00【大中小】

【新聞事件】：北卡州立和北卡大學(xué)的科學(xué)家最近在Angew Chemie（應(yīng)用化學(xué)）雜志上報(bào)道一種能把“魔法剪刀”CRISPR-Cas9有效地送入細(xì)胞核的納米技術(shù)。這種被稱為“DNA納米紗團(tuán)”的藥物輸送載體需要根據(jù)CRISPR-Cas9的單導(dǎo)RNA（single guide RNA）序列“量身定做”，合成的單鏈DNA隨后自組裝形成能吸附CRISPR-Cas9復(fù)合物的“DNA納米紗團(tuán)”。再加載一層聚乙二胺外殼之后，這種CRISPR-Cas9—“DNA納米紗團(tuán)”納米粒能順利進(jìn)入細(xì)胞和細(xì)胞核并實(shí)現(xiàn)CRISPR-Cas9的基因編輯功能。“DNA納米紗團(tuán)”是“首次“在體外和體內(nèi)證明把CRISPR-Cas9復(fù)合物一起送進(jìn)細(xì)胞核并實(shí)現(xiàn)基因編輯功能的藥物輸送體系。

【藥源解析】：藥源最近報(bào)道，CRISPR-Cas9作為一種簡(jiǎn)單且又實(shí)用的基因編輯工具已經(jīng)得到包括比爾蓋茨、谷歌在內(nèi)的投資大鱷們的承認(rèn)，以CRISPR-Cas9為核心技術(shù)的Editas公司獲得了這些投資高手的1.2億美元融資。雖然CRISPR-Cas9技術(shù)最近才“出道”，但相比其它基因改造平臺(tái)，比如巨核酶（meganucleases）、鋅指核酶（zinc-finger nucleases）以及TALEN（transcription activator-like effector nuclease）技術(shù)已經(jīng)顯示明顯優(yōu)勢(shì)。遺憾的是CRISPR-Cas9作為單導(dǎo)RNA和Cas9水解酶的復(fù)合物也有明顯缺陷，就是這些高度陰離子化的核酸和蛋白質(zhì)無(wú)法滲透細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞。而“DNA納米紗團(tuán)”試圖從一個(gè)側(cè)面解決這個(gè)難題。

如上圖所示，“DNA納米紗團(tuán)”輸送平臺(tái)包括四個(gè)主要步驟：（一）“DNA納米紗團(tuán)”的制備。北卡州立和北卡大學(xué)的聯(lián)合課題組通過(guò)“滾環(huán)DNA擴(kuò)增技術(shù)”（Rolling

Circle Amplification，RCA）合成含有一段和CRISPR-Cas9單導(dǎo)RNA互補(bǔ)的，而且含有重復(fù)的反向DNA片段的單鏈DNA。這種DNA隨之自組裝形成一種象“紗團(tuán)”一樣的DNA納米粒；（二）裝載CRISPR-Cas9。“DNA納米紗團(tuán)”能通過(guò)互補(bǔ)的DNA序列“吸附”CRISPR-Cas9復(fù)合物；（三）陽(yáng)離子外殼涂層。在吸附了CRISPR-Cas9的“DNA納米紗團(tuán)”外層涂上聚乙二胺（PEI）外殼以增加納米粒的穩(wěn)定性；（四）進(jìn)入細(xì)胞核并實(shí)現(xiàn)基因編輯功能。裝載有CRISPR-Cas9的高度陽(yáng)離子化的“DNA納米紗團(tuán)“納米粒能通過(guò)內(nèi)化進(jìn)入細(xì)胞，再通過(guò)Cas9融合多肽進(jìn)入細(xì)胞核并實(shí)現(xiàn)基因編輯。整個(gè)過(guò)程大致需要6小時(shí)。

“DNA納米紗團(tuán)”作為一種RNA/蛋白質(zhì)輸送平臺(tái)和傳統(tǒng)技術(shù)相比有許多優(yōu)勢(shì)。首先，“DNA納米紗團(tuán)”能直接把sgRNA和Cas9水解酶直接輸送進(jìn)細(xì)胞，而不是象之前的DNA表達(dá)系統(tǒng)那樣在細(xì)胞內(nèi)“即時(shí)合成“，這樣有效地控制了”給藥“劑量。其次，“DNA納米紗團(tuán)”輸送平臺(tái)的效率和傳統(tǒng)技術(shù)相比也較高，比如“DNA納米紗團(tuán)”和細(xì)胞滲透性CRISPR-Cas9多肽表達(dá)系統(tǒng)相比基因編輯的效率也從后者的9.7%提高到前者的36%。第三，“DNA納米紗團(tuán)”理論上是一種更廣泛的藥物輸送系統(tǒng)，能用于其它核酸以及DNA親和蛋白的輸送。除此之外，“DNA納米紗團(tuán)”還是一種大小均一的納米粒，平均直徑只有56納米。尤其有意思的是裝載了CRISPR-Cas9和聚乙二胺（PEI）之后“DNA納米紗團(tuán)”會(huì)變得更小。

雖然北卡州立和北卡大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)證明“DNA納米紗團(tuán)”能有效地把CRISPR-Cas9輸送到細(xì)胞核并實(shí)現(xiàn)基因編輯，但DNA納米紗團(tuán)”作為一種藥物載體開(kāi)發(fā)還需要進(jìn)一步改良。比如“DNA納米紗團(tuán)”和其它傳統(tǒng)的納米載體不同，需要為不同的CRISPR-Cas9“量身定做”，也就是說(shuō)每一個(gè)“DNA納米紗團(tuán)”都具有嶄新結(jié)構(gòu)，作為一種藥物載體顯然是不利的。另外，因?yàn)?ldquo;DNA納米紗團(tuán)”的主要組成是核苷酸，理論上能被機(jī)體迅速降解，所以除了給藥途徑受到限制以外在循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是另一個(gè)缺陷，除此之外，“DNA納米紗團(tuán)”的制備成本也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它傳統(tǒng)納米載體。