10月22日，國(guó)際一流學(xué)術(shù)期刊《Nature Protocols》（2014年度影響因子：9.673）在線(xiàn)發(fā)表了我校免疫化學(xué)研究所（SIAIS）抗體化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的最新研究成果“Efficient delivery of nuclease proteins for genome editing in human stem cells and primary cells”。

在這篇論文中，副研究員劉佳及其同事報(bào)道了基于核酸酶蛋白質(zhì)的基因編輯新技術(shù)。和傳統(tǒng)方法相比，新技術(shù)將蛋白質(zhì)運(yùn)輸進(jìn)細(xì)胞直接進(jìn)行基因編輯，能使核酸酶快速發(fā)揮活性，并減少基因組DNA暴露在核酸酶中的時(shí)間，從而在實(shí)現(xiàn)高效靶向基因編輯的同時(shí)，降低基因編輯的細(xì)胞毒性及“脫靶”效應(yīng)。這項(xiàng)新技術(shù)將對(duì)基因編輯用于臨床治療起到顯著的推動(dòng)作用。

位點(diǎn)特異性核酸酶是高效的基因編輯工具，三種核酸酶技術(shù)（ZFN、TALEN、CRISPR/Cas9）的出現(xiàn)和發(fā)展為生物科學(xué)研究帶來(lái)了重要變革，同時(shí)也為基因相關(guān)疾病的治療提供了新思路。但是，要使基因編輯技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用，特別是用于臨床治療，則需要安全、高效的方法將核酸酶運(yùn)輸進(jìn)細(xì)胞內(nèi)。傳統(tǒng)方法中，核酸酶是以DNA或mRNA形式被運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞中，然后依靠細(xì)胞自身的轉(zhuǎn)錄、翻譯機(jī)器產(chǎn)生有活性的核酸酶蛋白質(zhì)。

基于核酸酶蛋白質(zhì)的基因編輯技術(shù)由斯克利普斯研究所（The Scripps Research Institute）的Carlos F. Barbas III（已故）研究組率先報(bào)道。Barbas教授生前是我校免疫化學(xué)研究所的特聘教授。

文章通訊作者、并列第一作者（排在第一）劉佳副研究員在Barbas實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行博士后研究期間對(duì)此技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化及拓展。“同很多重大的研究發(fā)現(xiàn)類(lèi)似，這個(gè)技術(shù)是在一次組會(huì)集體討論過(guò)程中碰撞出的火花，”劉副研究員回憶到，“結(jié)果令人沒(méi)有想到的是，當(dāng)用ZFN進(jìn)行測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)蛋白質(zhì)自身就能高效穿過(guò)細(xì)胞膜并對(duì)基因組進(jìn)行高效基因編輯”。

他在后續(xù)研究中對(duì)ZFN進(jìn)行了蛋白質(zhì)工程改造，使其在CD4+ T細(xì)胞中的基因編輯效率得到大幅提升，期望這項(xiàng)技術(shù)能用于艾滋病的基因治療。他還發(fā)明了一種新方法用于將TALEN蛋白質(zhì)運(yùn)送到細(xì)胞中，這種方法通過(guò)化學(xué)偶聯(lián)將細(xì)胞穿膜肽共價(jià)連接到TALEN蛋白質(zhì)上，賦予其穿膜能力。他還將繼續(xù)研發(fā)此項(xiàng)技術(shù)，希望能實(shí)現(xiàn)對(duì)TALEN核酸酶的細(xì)胞特異性運(yùn)輸。和前兩者不同，Cas9核酸酶及其單鏈RNA（sgRNA）的復(fù)合物則是通過(guò)核轉(zhuǎn)染方式運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞中。

在這篇最新報(bào)道中，劉副研究員及其同事用ZFN和Cas9核酸酶蛋白質(zhì)在CD4+ T細(xì)胞和胚胎干細(xì)胞中分別實(shí)現(xiàn)了25%及33%的基因編輯效率?！巴ㄟ^(guò)進(jìn)一步優(yōu)化，我們現(xiàn)在已能在CD4+ T細(xì)胞和胚胎干細(xì)胞中分別實(shí)現(xiàn)39%及65%的基因編輯效率”，他補(bǔ)充道。高效的靶向基因編輯及顯著提高的安全性使得核酸酶蛋白質(zhì)成為精準(zhǔn)基因編輯的有效工具。

本研究的合作單位包括美國(guó)斯克利普斯研究所、韓國(guó)首爾基礎(chǔ)科學(xué)研究所、意大利Edmund Mach基金會(huì)、韓國(guó)首爾國(guó)立大學(xué)。

文章鏈接：Efficient delivery of nuclease proteins for genome editing in human stem cells and primary cells

(DOI:10.1038/nprot.2015.117)

三種核酸酶蛋白質(zhì)運(yùn)輸入細(xì)胞的模式

我校作者合影。左起：2013級(jí)研究生王楠（第四作者）、副研究員劉佳（通訊作者、并列第一作者）、

博士后楊異鳳（第三作者）、2014級(jí)研究生水賽蘭（第五作者）