生物通报道：我们人体每个细胞的基因组中都有大致相同的22,000个基因，但每个细胞采用的都是这些基因的不同组合，根据不同的需求开启或关闭某个基因。就是这些基因的表达以及抑制模式决定了细胞会成为什么细胞，是肾脏细胞，脑细胞，皮肤细胞，还是心脏细胞。

要想操控这些转换模式，我们的基因中就必须有调节序列，比如“增强子”，这种序列可能会离它所调控的基因十万八千里，但是在有信号输入的时候，就会激活基因，令其大量表达。也就是说增强子就像一个基因的说明书，决定着何时何地打开一个基因。

最开始大家都以为是“垃圾”DNA的基因组“暗物质”近年来备受关注，增强子就是其中之一，其中一个很重要的原因就在于科学家们发现如果增强子出错，那么就会导致细胞功能紊乱，引发疾病，毫无疑问这是一个热点，然而这个热点并不好研究，因为调控区域只在特定的细胞中，在特定的情况下才发挥作用，难以定位。

不过话说回来，奇景出自陡途，不容易取得的目标才能实现所想所愿。来自加州大学旧金山分校的一组研究人员修改了现有的基因编辑CRISPR技术，用以来寻找增强子，他们的方法并不是编辑增强子，令其发挥作用，而是利用一种称为CRISPRa（CRISPR activation）的工具，搜寻影响T细胞免疫细胞发育的一种基因的增强子。这项研究发现将有助于解析自身免疫疾病，如炎性肠病（IBD）和克罗恩病的病理机制。

这一研究成果公布在8月30日的Nature杂志上，由加州大学旧金山分校的Alexander Marson博士，以及加州大学伯克利分校的Jacob Corn博士这两位助理教授领导完成。这两位科研人员是随着CRISPR技术共同成长的一批科学家，他们曾参与发表了多项CRISPR重要研究，比如Alexander Marson曾领导完成设计出了一种基于基因组编辑系统CRISPR/Cas9的新策略来精确改造人类T细胞，为开展T细胞功能研究提供了一个万能的新工具；Jacob Corn对CRISPR-Cas9技术做出重大改进，在用一段短DNA片段替代另一段DNA时获得了高达60%的前所未有的成功率。

对于最新这项成果，Corn表示，“我们不仅可以找到这些调控区域，而且这种操作快速轻松。此前几年间也才找到一个，而现在只需要几个月就能找到几个了。”

CRISPRa寻找增强子

CRISPR的出现帮助研究人员在理解蛋白编码基因方面取得了快速进展。最常用的CRISPR应用就是利用Cas9酶根据“导向RNA”指向的特殊序列剪切DNA，利用这一技术，科学家可以对任何基因进行切割或编辑，并观察这些变化如何影响细胞或整个生物体。

但是直接编码蛋白质的序列其实只占我们基因组的2％。其余98％的基因组区域属于增强子，还有其它的调控DNA元件，这些不容易究，但又与大量遗传疾病有关。科学家可以根据这些元件如何与结合DNA的蛋白相互作用来寻找潜在的增强子序列，然而要弄清楚哪些增强子作用于哪些基因，可以说是难上加难，一般简单地用CRISPR-Cas9切除增强子并没有太大帮助，因为如果这个增强子在这个实验中使用的特殊细胞类型中不发挥作用，那么就不会有明显的效果。

比如此前Whitehead研究所的研究人员利用了CRISPR调查了定位在一个假定SNCA增强子中的、两个GWAS标记的风险变异。他们通过CRISPR/Cas9将一些突变编入到同基因型人类多能干细胞中。通过改变一条染色体上的这一遗传变异，留下了另一条染色体保持不变，充当内部对照。

这个过程只能分析一两个突变，如果我们将人体基因组看作是一个样板房，那么就会有22,000个灯泡（基因）和成千上万个开关（增强子），逐一分析每个开关对应于哪些灯泡，何时打开和关闭，可谓是一个浩瀚工程。

之前的CRISPR研究就是用于切断电线，寻找那些会导致灯泡变暗的电线，从而了解了电路部分。但是，关闭切断一个开关并不能说明具体的情况，因此要想灯泡的开关，还是需要模拟激活增强子的化学信号线索。

利用最新的这一技术，“你可以快速地找到一个增强子，”文章第一作者之一，博士后Benjamin Gowen说。

催化失活的Cas9（dCas9）连上转录激活子，可以有效促进基因组特定位点的转录，这一由加州大学旧金山分校开发的工具被称为CRISPRa。cDNA过表达是上调个别基因的表达水平的常用方法。与这种方法相比，CRISPRa使用起来更加简单，而且可以同时激活多个基因。

哈佛大学的著名遗传学家George Church也构建了改良版的CRISPRa。人们在基因表达研究中，主要还是一次针对一个基因。Church领导的研究团队将三个活化结构域（VP64、p65、Rta）连接起来，然后融合到dCas9的末尾。研究显示，Church的系统可以揭示一连串基因回路对生物过程的影响，也可以精确指导干细胞分化，生成再生医学所需的移植器官。

下篇：CRISPRa截然不同的非编码调控序列分析技术

原文标题：

Discovery of stimulation-responsive immune enhancers with CRISPR activation