修复有缺陷的基因以预防和治愈疾病是研究人员多年努力的方向。尽管2类CRISPR系统作为人类细胞中的基因编辑工具显示出巨大的希望。然而，在本月发表于《Nature Communications》杂志上的一项研究中，由大阪大学领导的日本研究人员描述了一种新的基因组编辑方法：基于Cas3的1类CRISPR系统可以提供更有效，更安全的替代方案，成功修复杜氏肌营养不良症中的基因突变。
大多数现代基因编辑技术都依赖于CRISPR技术。从本质上讲，CRISPR相关蛋白（Cas）可以定向到基因组的特定区域，在那里它们可以精确切割DNA。通过提供模板，当修复DNA断裂时，细胞可以仿照模板进行复制，从而完全消除有缺陷的DNA区域或引入新的DNA。
（图片来源：Www.pixabay.com）
CRISPR系统主要分为两类，即1类和2类，其区别在于切割DNA所需的辅助蛋白数量。尽管大多数基因编辑方法使用单组分2类CRISPR系统，但对于多组分1类系统在真核基因编辑中的实用性知之甚少。
这项研究的主要作者Hiroyuki Morisaka说：“ Class 2 CRISPR系统，特别是那些使用Cas9或Cas12a酶的系统，被广泛用于真核基因组编辑。” “但是，这些系统并不完美：除了引入意想不到的突变外，使用这些方法的基因组编辑效率可能会有所不同。”
因此，研究人员决定调查1类CRISPR系统是否可以提供更有效，更安全的替代方案。
该团队使用基于Cas3蛋白的1类CRISPR系统，成功地证明了人类细胞中DNA的缺失和插入。值得注意的是，Cas3蛋白诱导了DNA大片段的单向缺失，使其与通常需要帮助实现如此大的基因组编辑的2类酶区分开。不过最重要的是，Cas3比Cas9实现了更有效的基因组编辑，没有明显的脱靶效应。
为了证实该系统的治疗潜力，研究人员对来自杜兴氏肌营养不良患者的诱导多能干细胞中的DMD基因进行了Cas3修复。
高级作者Tomoji Mashimo说：“我们的结果表明，这种基于Cas3的方法为2类CRISPR基因编辑系统提供了更好的选择。除了其明显的治疗用途外，我们还设想了在药物发现，疾病预防和作物改良方面的潜在应用。”
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