Genome Res：德国科学家发现用CRISPR迅速锁定致病突变

在1月11日的Genome Research杂志上，德国科学家们利用外显子测序和CRISPR/Cas基因组编辑，在短时间内鉴定了一种人类肢体缺陷的致病突变。这项研究为人们揭示了ZAK在哺乳动物四肢发育中起到的关键性作用，还展示了CRISPR/Cas基因组编辑技术快速鉴定致病突变的强大能力。

细菌一直在与病毒或入侵核酸进行斗争，为此它们演化出了多种防御机制，CRISPR/Cas适应性免疫系统就是其中之一。规律成簇的间隔短回文重复CRISPR与内切酶Cas9的组合，可以在引导RNA的指引下，靶标并切割入侵者的遗传物质。

2012年研究者们利用这一特点，将CRISPR系统发展成了强大的基因组编辑工具。该系统使用简单而且扩展性强，很快便成为了生物学领域的香饽饽。几乎所有实验室都可以很方便的进行CRISPR基因组编辑，你只需要在自己感兴趣的细胞或生物中表达Cas9内切酶和引导RNA(gRNA)。内切酶Cas9会在gRNA的指导下引入位点特异性的双链断裂，然后细胞通过同源重组进行修复，最终改写基因组的特定位点。最近，人们也开始用CRISPR-Cas9系统进行基因调控，随心所欲的开/关基因。

研究人员在文章中描述的常染色体隐性疾病，发生在两个不相关的家庭之中。这种疾病以裂足畸形(split-foot defect)、手指甲畸形和听力损失为特征。研究人员发现，发生这种疾病是因为突变干扰了蛋白激酶ZAK的SAM结构域。

ZAK是MAPKKK家族的成员，此前人们并不知道它在四肢发育中起作用。研究显示，小鼠发育中的四肢表达Zak，通过CRISPR/Cas敲除Zak会导致小鼠胚胎死亡。进一步研究表明，删除SAM结构域会诱导与Trp63下调有关的复杂后肢缺陷，而Trp63是裂手/裂足畸形的已知致病基因。

原文链接：Exome sequencing and CRISPR/Cas genome editing identify mutations of ZAK as a cause of limb defects in humans and mice

原文摘要：The CRISPR/Cas technology enables targeted genome editing and the rapid generation of transgenic animal models for the study of human genetic disorders. Here we describe an autosomal recessive human disease in two unrelated families characterized by a split-foot defect, nail abnormalities of the hands, and hearing loss, due to mutations disrupting the SAM domain of the protein kinase ZAK. ZAK is a member of the MAPKKK family with no known rolein limb development. We show that Zak is expressed in the developing limbsand that a CRISPR/Cas-mediated knockout of the two Zak isoforms is embryonically lethal in mice. In contrast, a deletion of the SAM domaininduces a complex hindlimb defect associated with down-regulation of Trp63,a known split-hand/split-foot malformation disease gene. Our results identifyZAK as a key player in mammalian limb patterning and demonstrate the rapid utility of CRISPR/Cas genome editing to assign causality to humanmutations in the mouse in <10 wk.

doi:10.1101/gr.199430.115

作者：阳光森林