遗传学大牛PNAS、Nature子刊连发新成果

　　2016年09月10日讯 George M. Church是哈佛医学院的遗传学教授、Wyss研究所的核心成员。他被誉为是个人基因组学和合成生物学的先锋。1984年，Church和Walter Gilbert发表了首个直接基因组测序方法，该文章中的一些策略现在仍应用在二代测序技术中。此外，如今的多重化分子技术和条码式标签也是他发明的，Church还是纳米孔测序技术的发明者之一。

　　2014年9月，George M. Church教授领导哈佛医学院的团队，开发了单分子互作测序（SMI-Seq）技术，该技术能够实现单分子水平上的并行分析，获得大量蛋白质的互作图谱。相关阅读：遗传学大牛Nature发表新技术：单分子互作测序。随后的11月，他领导哈佛医学院的团队，在人iPS细胞中进行了CRISPR基因编辑。他们将全基因组测序和靶向深度测序结合起来，鉴定了Cas9编辑iPS细胞时的脱靶效应，还鉴定了一个影响Cas9特异性的单核苷酸变异（SNV）。相关阅读：遗传学大牛最新文章：CRISPR编辑iPS细胞的脱靶情况。

　　2016年9月份，Church带领的研究小组，接连在国际权威期刊《PNAS》和《Nature Methods》发表两项CRISPR研究成果。

　　用腺相关病毒（AAV）传递CRISPR-Cas9在基因疗法中有很大的应用前景。不过，AAV-CRISPR-Cas9潜在的免疫原性和有限的负载能力，是这一系统走向临床所面临的关键性障碍。Church教授对此展开了深入研究。他领导团队建立了一个多功能的AAV-CRISPR-Cas9平台，这个平台能够进行基因组编辑、转录调控和其他此前无法实现的应用。研究人员还鉴定了影响该平台效率和临床转化的关键参数，包括病毒在体内的分布、不同器官的编辑效率、抗原性、免疫反应和生理效果。研究显示，AAV-CRISPR-Cas9会引起宿主应答，表现出明显的细胞和分子特征。但与其他传递方法不同的是，研究人员开发的平台不会在活体内诱导广泛的细胞损伤。这项研究奠定的基础可以帮助人们开发有效的CRISPR基因组疗法。这一研究成果以“A multifunctional AAV-CRISPR-Cas9 and its host response”为题，发表在9月5日的《Nature Methods》杂志。

　　9月6日，Church教授带领的研究小组又在《PNAS》杂志发表另一项研究成果，题为“Emergent rules for codon choice elucidated by editing rare arginine codons in Escherichia coli”。这项研究指出，遗传密码的简并性使得核酸能编码氨基酸同源性以及非编码信息，用于基因调控和基因组维护。罕见的精氨酸密码子AGA和AGG（AGR）呈现了密码子选择中的一个案例研究，AGRs编码不同于其他同义替换（CGN）的重要转录和翻译特性。在这项研究中，研究人员制备了一个大肠杆菌株系，从所有必需基因中去除了AGR密码子的所有123个实例。

　　研究人员随意用同义CGU密码子更换110 AGR密码子，但其余的13个“顽抗”AGRs需要多样化才能找出可行的替换。成功置换密码子倾向于保存局部的核糖体结合位点样基序和局部的mRNA二级结构，有时会损害氨基酸的同源性。基于这些观察结果，研究人员凭经验定义了多维“安全置换区”（SRZ）的度量，其中替换密码子更可能是可行的。

　　为了进一步评价基本AGRs的同义和非同义替换，该研究小组采取了一种基于CRISPR/Cas9的方法，来去除一个多样化的野生型等位基因群，从而使他们能够详尽地评估所有64位密码子替换的适合度影响。使用这种方法，该研究小组随着时间的推移跟踪了14个不同基因中的密码子适合度，从而确定了SRZ的相关性，发现SRZ之外的密码子被从一个增长的种群中迅速去除。该研究小组的这一公正性和系统性的策略--用于识别合成基因组中未预测的设计缺陷，并阐明操纵密码子选择的规则，对于设计“表现出彻底改变了的遗传密码”的基因组，是至关重要的。