/Cas9是一種基因編輯工具，它徹底改變了生物醫學研究，并導致了第一個獲得fda批準的基于的基因治療。然而，直到現在，人們還沒有很好地理解這種工具是如何工作并避免產生有害的脫靶效應的確切機制。現在，利用最先進的技術，費城兒童醫院（CHOP）的研究人員已經確定了激活并發揮其基因編輯功能所需的幾個具體步驟。這些臨床前研究結果可能會改進基于的基因編輯設計。研究結果發表在今天的《細胞化學生物學》雜志上。

基因編輯允許以其他方式在一個人的基因組上添加、刪除或改變遺傳物質。在醫療保健領域，它有巨大的潛力來“糾正”構成許多罕見和復雜疾病基礎的突變基因。然而，為了使基因編輯有效，它需要精確，并且只在預定的目標上進行編輯。

盡管自2020年以來，臨床試驗已經探索了通過脂質納米顆粒將Cas9直接遞送給患者進行基因編輯，但廣泛的適用性是具有挑戰性的。Cas9有可能在目標基因之外進行意想不到的基因組編輯，這可能是有害的，甚至可能使細胞癌變。因此，從患者身上取出的細胞在送回患者體內之前，會被用于在體外進行基因編輯。由于對基因編輯機制的不完全理解，這是一個昂貴且耗時的過程。

“我們一直懷疑，我們從基因編輯過程中從現有結構中看到的東西并沒有告訴我們整個故事，”資深研究作者 G. 博士說，他是CHOP計算和基因組醫學中心副教授，也是賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院生物化學和生物物理系副教授。

在這項研究中，研究人員使用了一種稱為核磁共振波譜的技術來可視化原子和蛋白質，以及它們的動力學，以觀察它們如何在不同狀態之間移動。這種方法允許研究人員觀察從非活性狀態到活性狀態的轉變，以及實現這一轉變所需的步驟，如果沒有這種最先進的設備，這是不可能的。

就像裝配線上的校對員一樣，中間的“監視”結構充當著看門人的角色，調節著酶的DNA切割活動。這一步是區分非靶DNA序列和靶DNA序列的關鍵，Cas9蛋白與其可編程向導RNA相匹配，這是一個短序列，將DNA編輯引導到基因組中的精確位置。有許多Cas9的工程變體，高保真度的變體有利于識別靶DNA，并在這種情況下幫助穩定“監視”復合體，從而減少脫靶效應，并確保以更精確的方式提供治療。

了解和Cas9如何運作的這些潛在機制可能會導致更有效的基因編輯技術形式，包括將治療直接輸送到體內的潛力，甚至可能改善其他療法，如CAR-T細胞療法。

說：“當我們確定預先編程的Cas9復合物能正確地發揮作用時，以脂質納米顆粒的形式直接編輯患者的靶細胞要容易得多。”“例如，使用技術進行精確的基因編輯可用于直接修改患者的T細胞，這將使我們能夠簡化car -T和其他細胞療法的適應。”

本研究的核磁共振波譜是在賓夕法尼亞大學結構生物學研究所進行的，使用賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院和CHOP的共享儀器。