开题报告内容：
随着全基因组测序技术的进步，将大量的数据转化为功能和临床相关的信息成为新的挑战。基因组的定点编辑技术是实线这个目标的重要工具。 一直以来，拥有一种能够随意控制基因表达的技术成了很多生物学家的梦想,CRISPR/Cas9系统的出现满足了这种需要。
CRISPR是存在于细菌中的一种基因组，该类基因组中含有曾经攻击过该细菌的病毒的基因片段。细菌透过这些基因片段来侦测并抵抗相同病毒的攻击，并摧毁其DNA。这类基因组是细菌免疫系统的关键组成部分。透过这些基因组，人类可以准确且有效地编辑生命体内的部分基因，也就是CRISPR/Cas9基因编辑技术。此系统的工作原理是crRNA（CRISPR-derived RNA）通过碱基配对与tracrRNA（trans-activating RNA ）结合形成 tracrRNA/crRNA 复合物，此复合物引导核酸酶Cas9蛋白再与crRNA配对的序列靶位点剪切双链DNA。而通过人工设计这两种RNA，可以改造形成具有引导作用的sgRNA（single-guide RNA），足以引导Cas9 对DNA的定点切割。
作为一种RNA导向的dsDNA结合蛋白，Cas9效应物核酸酶是已知的第一个统一因子（unifying factor），能够共定位RNA、DNA和蛋白，从而拥有巨大的改造潜力。将蛋白与无核酸酶的 Cas9（ Cas9 nuclease-null）融合，并表达适当的sgRNA，可靶定任何dsDNA 序列，而 sgRNA 的末端可连接到目标DNA，不影响Cas9 的结合。因此，Cas9 能在任何dsDNA 序列处带来任何融合蛋白及 RNA，这为生物体的研究和改造带来巨大潜力。但最近研究发现，虽然CRISPR有许多优点，在人类癌细胞系列中，它也可能产生大量“误伤目标”，尤其是对不希望改变的基因做修改。
为了研究这种副作用在人类其他细胞中是否也存在，研究小组用CRISPR和TALEN两种系统在人类的iPSCs中进行实验，让它们在iPSCs中切下已知的基因片段，或切掉后再换上其他的。 他们用JAK2、SERPINA1和AAVS1基因作为模型，JAK2基因变异会导致骨髓紊乱，真性红细胞增多症；SERPINA1基因变异会导致alpha1-抗胰蛋白酶缺乏，这是一种遗传性紊乱，会造成肺和肝脏疾病；而AAVS1最近发现是人类基因组中的“安全港”，可以插入外来基因。
通过比较发现，在这三个基因系统中，如果只是简单地切掉部分基因，CRISPR系统明显比TALEN更有效，产生的剪切是后者的100倍；而在做基因替代操作时，如替代JAK2和SERPINA1中的致病变异，CRISPR和TALEN的效率相当。
研究人员还指出，与人类癌细胞系研究不同的是，无论CRISPR还是TALEN，在人类iPSCs中同样都有着目标特异性，即只瞄准那些为它们设定的目标基因。他们还发现，CRISPR系统比TALEN更有优势：CRISPR可以设计成只瞄准病人体内含有变异的基因，而不影响健康基因，即只影响某个基因的一个副本。这些成果与以往的干细胞研究成果结合，使CRISPR成为一种有用的人类iPSCs基因剪辑工具，其偏离目标的风险更小。
CRISPR/Cas9基因编辑系统包括sgRNA和Cas9蛋白两个核心元件，sgRNA可以引导Cas9蛋白到达特定的靶标区域，Cas9具有核酸酶的作用，有两个负责切割DNA双链的结构域：HNH和RuvC，可以切割特定DNA双链。将这两个结构域定点突变(D10A和H480A)后形成dCas9(nuclease-null Cas9)，dCas9仍然可以识别并结合双链DNA,但不对其进行切割。如果在dCas9的C端融合适当的转录激活结构域，在特定sgRNA的协助下，dCas9蛋白和转录激活结构域的复合物可以结合到目的基因的启动子区域，从而实现基因原位的转录激活。这种CRISPR/ dCas9转录激活系统仅需在dCas9转录激活复合物背景下,引入一个或几个sgRNA载体即可，由加州大学旧金山分校细胞与分子药理学教授Jonathan Weissman博士及其团队开发出来的，它与常规CRISPR的不同之处在于它不会对宿主基因组进行切割。2018年12月13日,来自美国加州大学旧金山分校的研究人员利用CRISPRa技术实现了无需对基因组进行编辑就能对抗肥胖的，该研究成果在线发表于学术期刊Science上。
CRISPR介导激活技术保持了常规CRISPR的引导系统，这种引导系统经编程后能够靶向特定的DNA序列，但是将与一串短肽（即SunTag array）融合在一起的没有切割活性的Cas9（dCas9）替换常规CRISPR中的有切割活性的Cas9。当CRISPRa找到其靶DNA序列时，这一串短肽能够在细胞中招募转录激活因子，从而促进特定基因表达，但是没有发生基因编辑。
CRISPR介导激活技术可以进行许多技术优势编辑。
