超越CRISPR？基因调控新利器TIGRa：体积小、效率高，在体内发挥作用

编辑丨coisini

精确调控人体内部基因表达能力，即增强保护性基因并抑制有害基因，在疾病治疗和预防方面具有巨大潜力。然而，用于调节基因的标准分子工具，如 CRISPR 系统，由于体积过于庞大，难以包装并递送到人体细胞中。

为此，来自斯坦福大学医学院等的研究团队开发了一种超紧凑型基因激活工具 ——TIGRa，堪称「旅行装」基因工具。其小巧程度足以使其短小的 DNA 指令被包装进病毒载体。

研究论文以《TIGRa: An ultra-compact programmable activator enabling multiplexed and efficient gene regulation》为题发表在《Cell Stem Cell》上。

论文地址：https://www.cell.com/action/showPdf?pii=S1934-5909%2826%2900268-7

超紧凑系统

TIGRa 基于一种名为 TIGR-Tas 的基因靶向酶系统，该系统由麻省理工学院 Broad 研究所和哈佛大学的研究人员发现。

与 CRISPR-Cas 系统类似，TIGR-Tas 也是在微生物中发现的：CRISPR 在细菌中进化为一套免疫系统，用于切割并存储来自感染性病毒的 DNA 片段；而 TIGR-Tas 则在寄生细菌和病毒中进化，但其功能尚不明确。

TIGR-Tas 与 CRISPR-Cas 都是 RNA 引导的 DNA 靶向系统，它们使用一段引导 RNA 作为「面部照片」，找到并切割匹配的 DNA 片段。通过定制引导 RNA，科学家可以将这些系统引导至基因组的不同部位。

利用这种「查找并切割」机制，CRISPR 工具能够编辑细胞 DNA 序列，还可以激活或抑制基因表达。然而，其庞大的体积限制了它们在体内的治疗应用。

因此，斯坦福大学医学院等的研究团队着手开发一种更小巧的基因激活工具。他们撒下了一张大网，测试了基于不同基因靶向系统的十多种分子原型。出乎意料的是，TIGRa 作为其中最小的一个，竟然成为了最高效的基因激活剂。

随后，研究团队设计了 TIGRa 原型的几种变体，并进行了进一步的节省空间改造。TIGRa-Pro 和 TIGRa-Ultra 体积略小，但基因激活能力更强；TIGRa-Mini 则是一个超小版本，其效率约为原始版本的 70%。

TIGRa 是首个基于 TIGR-Tas 系统的基因激活工具，与同类 CRISPR 基因激活剂相比，其大小（按氨基酸数量计算）不到后者的一半。

实验与应用

在实验室的细胞实验中，研究团队证明 TIGRa 能够同时激活多达 12 个不同的基因。

一个典型的例子是，他们利用 TIGRa 将成体成纤维细胞重编程为胚胎状态（即诱导多能干细胞），这需要同时激活 7 个不同的基因。

在激活多种具有治疗意义的基因方面，TIGRa 也达到或超越了 CRISPR 基因激活器的表现，这些基因包括可能对抗视网膜退行性疾病、先天性肌营养不良症和肥胖症的基因。

与基于 CRISPR 的基因激活工具类似，TIGRa 进入细胞后，能够找到目标基因，并招募细胞的转录机制来提升该序列的表达。与 CRISPR 同类工具相比，TIGRa 在可靶向的基因范围上更为灵活，并且在同时激活多个基因方面也更为高效。

在一项小鼠模型实验中，研究团队使用 TIGRa 激活了视网膜神经节细胞中的两个保护性基因。视网膜神经节细胞在青光眼及其他视网膜退行性疾病中会受损。实验结果表明，接受治疗的小鼠保留了部分视力；而未接受治疗的小鼠则几乎失明。

感兴趣的读者可以阅读论文原文，了解更多研究内容。