光遗传学+CRISPR：利用光来控制基因组编辑[创新技巧]
【字体： 大 中 小 】 www.yiwulimax.com 时间：2016年4月6日 来源：生物通
摘要：
作为经常上头条的明星，光遗传学（optogenetics）和CRISPR这两个技术的碰撞会产生什么样的火花？2015年，科学家结合CRISPR和光遗传学技术，开发出各种光激活的CRISPR工具。这些工具让研究人员能够利用光从外部控制基因组编辑过程的地点、时机和可逆性。
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作为经常上头条的明星，光遗传学（optogenetics）和CRISPR这两个技术的碰撞会产生什么样的火花？2015年，科学家结合CRISPR和光遗传学技术，开发出各种光激活的CRISPR工具。这些工具让研究人员能够利用光从外部控制基因组编辑过程的地点、时机和可逆性。
从时空上控制转录
最初的光激活CRISPR系统于2015年年初发表，侧重于利用光来控制转录。两个独立的实验室，东京大学的Moritoshi Sato实验室和杜克大学的Charles Gersbach实验室，基于光诱导的异源二聚体隐花色素2（CRY2）和整合素结合蛋白1（CIB1），开发出相似的系统。他们的目标是利用光来开启和关闭基因的表达，同时赋予时空控制和可逆性。
Nihongaki等人开发出的系统是由两个融合蛋白组成的：1) 基因组锚定物 – 失活的Cas9蛋白（dCas9）与CIB1融合；2) 激活物 – CRY2光裂合酶同源区域（CRY2PHR）与转录激活域（VP64或p65）融合。一旦在细胞中表达，在gRNA指引下，dCas9-CIB1与目标DNA序列结合，而CRY2PHR-激活物自由漂浮。在蓝光的照射下，CRY2和CIB1二聚化，带来激活物，激活基因转录。
研究人员测试了多种组合来优化融合蛋白。他们发现，表现最好的组合是NLS-dCas9-trCIB1和NLSx3-CRYPHR-p65。在蓝光（470nm）的照射下采用狭缝模式，研究人员发现，人ASC1基因的表达可被空间控制。他们还不断开启和关闭蓝光，发现ASC1的表达也跟着做，说明控制的确是可逆且可重复的。
Polstein等人开发的光激活CRISPR/Cas9效应物（LACE）系统也采用了相似的策略，不过采用了不同的融合蛋白组合。经过优化的LACE系统包括：1) CIBN-dCas9-CIBN，其中CIBN是CIB1的N端片段，与dCas9的N端和C端融合；2) CRY2FL-VP64，全长的CRY2与转录激活域VP64融合。在HEK293T细胞中利用此系统来诱导人IL1RN的表达，研究人员发现2小时后mRNA水平提高11倍，30小时后提高400倍。此系统也被证明是可逆的和可重复的。
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