为什么消除整个性染色体是你一直在做的事情？

众所周知，CRISPR/Cas9是一种有效的基因编辑工具，该方法已被广泛应用于靶向特定的单导RNA (single-guide RNA, sgRNAs)编辑基因或基因组区域。我们最初计划使用CRISPR/Cas9系统研究Y染色体基因的生物学功能。Y染色体是高度专一的男性性别分化和生育能力。然而，到目前为止，只有少数基因在靶向敲除小鼠中被评估为生物学功能。因此，除了Y染色体单拷贝基因外，我们还检测了是否可以有效地删除多拷贝的Y染色体基因。令我们惊讶的是，我们发现多拷贝基因的缺失，Ssty1,Ssty2和Rbmy1a1，导致雄性胚胎的性别逆转。实验数据显示，性别逆转是由整个Y染色体缺失引起的，而不是多拷贝基因的敲除。因此，一条完整的染色体，包括性染色体X和Y，以及一个常染色体，可以通过特定染色体上的多个DNA切割来删除，该切割由靶向多个染色体特定位点的sgRNA或靶向一个特定位点的多个sgRNA的混合物诱导。

你的研究是如何建立在以前的研究之上的?

随着CRISPR/Cas9的出现，科学家们一直试图将这项技术应用于多个领域，包括基因缺失、基因插入、大片段缺失和染色体易位。然而，是否可以通过CRISPR/Cas9删除整个染色体是一个有趣的问题。以前的研究表明，通过将定向相反的loxP位点插入目标染色体，然后通过cree介导的姐妹染色单体重组，可以实现靶向染色体的消除，或者将TKNEO转基因插入目标染色体的一个副本，然后通过自发染色体丢失对染色体缺失克隆进行药物选择。这两种方法都需要两步操作，获得染色体缺失细胞的产量低，因此不适合在活的有机体内学习相反，CRISPR/Cas9介导的靶向染色体消除为建立染色体缺失的动物模型提供了一种新方法，并为涉及额外染色体的人类非整倍体疾病提供了一种潜在的治疗策略。

这项技术的临床意义是什么？您能否强调一下这可能在未来预防的一些具体情况？

非整倍体是一种人类遗传疾病，与染色体的增加或删除有关，在婴儿期或儿童期导致显著的发病率和死亡率，包括唐氏综合征(多21例)、克兰费尔特综合征(多1例X)或XYY综合征。使用CRISPR/Cas9介导的靶向染色体消除，可以选择性地消除培养细胞、胚胎，更重要的是，组织中的一个额外的染色体在活的有机体内为非整倍体疾病提供了一种潜在的治疗方法。然而，当两条同源X染色体中的一条被这种方法删除时，我们发现剩下的X染色体也发生了突变。我们认为，基于单核苷酸多态性，通过使用仅针对两条或三条同源染色体中的一条的sgRNA，可以避免剩余一条（XXY和XYY综合征）或两条染色体（唐氏综合征）的这些突变。非整倍体也是癌症的标志。CRISPR/Cas9介导的靶向染色体消除为研究肿瘤发生中的非整倍体提供了一种新的方法，并为广泛的人类肿瘤提供了一种潜在的治疗策略。

你能描述一下你是如何消除整个染色体的吗？主要的挑战是什么？

CRISPR/Cas9就像一把分子剪刀，可以通过sgRNA的引导，特异地切割DNA序列中的指定位置。本质上，染色体是一系列非常长的DNA序列，上面有重复的序列。这些重复的序列在特定的间隔出现。通过设计针对这些重复序列的sgRNAs, CRISPR/Cas9可以打破染色体中的所有重复。你可以把它想象成一条领带被切断数百次，染色体就会被破坏到细胞无法修复的程度。因此，目标染色体在细胞分裂过程中不能参与DNA复制的过程，将在后代中消失。

这项技术的主要挑战是如何有效地诱导多重DNA切割。染色体缺失的效率因不同的重复序列而异，很难预测这些重复序列是否“正常工作”。另一个挑战是如何有选择地瞄准两条或三条染色体中的一条。

像CRISPR这样的基因编辑技术的伦理含义是什么?

作为基因编辑领域的研究人员，我们都相信这项技术将在治疗中发挥重要作用。同时，我们充分理解当今社会对该技术的伦理关注，因此我们始终支持并遵守有关人类生殖细胞编辑、恐怖主义、生态安全威胁等方面的伦理准则，以及国际干细胞大会专家提出的其他准则。在应用该技术治疗患者之前，还有许多问题需要解决，如靶向效率、给药方式、脱靶效应等。所有的技术都需要有必要的规则来约束，因此我们会与社会各界沟通，确保人和环境的安全。