CRISPR-Cas9搭車“DNA納米紗團”進入細胞核？！

來源：生物谷作者：人氣：-發表時間：2015-09-06 10:48:00【大中小】

【新聞事件】：北卡州立和北卡大學的科學家最近在Angew Chemie（應用化學）雜志上報道一種能把“魔法剪刀”CRISPR-Cas9有效地送入細胞核的納米技術。這種被稱為“DNA納米紗團”的藥物輸送載體需要根據CRISPR-Cas9的單導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復合物的“DNA納米紗團”。再加載一層聚乙二胺外殼之后，這種CRISPR-Cas9—“DNA納米紗團”納米粒能順利進入細胞和細胞核并實現CRISPR-Cas9的基因編輯功能。“DNA納米紗團”是“首次“在體外和體內證明把CRISPR-Cas9復合物一起送進細胞核并實現基因編輯功能的藥物輸送體系。

【藥源解析】：藥源最近報道，CRISPR-Cas9作為一種簡單且又實用的基因編輯工具已經得到包括比爾蓋茨、谷歌在內的投資大鱷們的承認，以CRISPR-Cas9為核心技術的Editas公司獲得了這些投資高手的1.2億美元融資。雖然CRISPR-Cas9技術最近才“出道”，但相比其它基因改造平臺，比如巨核酶（meganucleases）、鋅指核酶（zinc-finger nucleases）以及TALEN（transcription activator-like effector nuclease）技術已經顯示明顯優勢。遺憾的是CRISPR-Cas9作為單導RNA和Cas9水解酶的復合物也有明顯缺陷，就是這些高度陰離子化的核酸和蛋白質無法滲透細胞膜進入細胞。而“DNA納米紗團”試圖從一個側面解決這個難題。

如上圖所示，“DNA納米紗團”輸送平臺包括四個主要步驟：（一）“DNA納米紗團”的制備。北卡州立和北卡大學的聯合課題組通過“滾環DNA擴增技術”（Rolling

Circle Amplification，RCA）合成含有一段和CRISPR-Cas9單導RNA互補的，而且含有重復的反向DNA片段的單鏈DNA。這種DNA隨之自組裝形成一種象“紗團”一樣的DNA納米粒；（二）裝載CRISPR-Cas9。“DNA納米紗團”能通過互補的DNA序列“吸附”CRISPR-Cas9復合物；（三）陽離子外殼涂層。在吸附了CRISPR-Cas9的“DNA納米紗團”外層涂上聚乙二胺（PEI）外殼以增加納米粒的穩定性；（四）進入細胞核并實現基因編輯功能。裝載有CRISPR-Cas9的高度陽離子化的“DNA納米紗團“納米粒能通過內化進入細胞，再通過Cas9融合多肽進入細胞核并實現基因編輯。整個過程大致需要6小時。

“DNA納米紗團”作為一種RNA/蛋白質輸送平臺和傳統技術相比有許多優勢。首先，“DNA納米紗團”能直接把sgRNA和Cas9水解酶直接輸送進細胞，而不是象之前的DNA表達系統那樣在細胞內“即時合成“，這樣有效地控制了”給藥“劑量。其次，“DNA納米紗團”輸送平臺的效率和傳統技術相比也較高，比如“DNA納米紗團”和細胞滲透性CRISPR-Cas9多肽表達系統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”理論上是一種更廣泛的藥物輸送系統，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”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”會變得更小。

雖然北卡州立和北卡大學的科學家已經證明“DNA納米紗團”能有效地把CRISPR-Cas9輸送到細胞核并實現基因編輯，但DNA納米紗團”作為一種藥物載體開發還需要進一步改良。比如“DNA納米紗團”和其它傳統的納米載體不同，需要為不同的CRISPR-Cas9“量身定做”，也就是說每一個“DNA納米紗團”都具有嶄新結構，作為一種藥物載體顯然是不利的。另外，因為“DNA納米紗團”的主要組成是核苷酸，理論上能被機體迅速降解，所以除了給藥途徑受到限制以外在循環系統的穩定性是另一個缺陷，除此之外，“DNA納米紗團”的制備成本也遠遠高于其它傳統納米載體。