河北科技大學Nature子刊:替代Cas9的基因組編輯新技術
日期:2016-05-04 09:00:10
來自河北科技大學、浙江大學醫學院的研究人員報告稱,他們證實可以利用格氏嗜鹽堿桿菌(Natronobacterium gregoryi)的Argonaute來實現DNA引導的基因組編輯。這一重要的研究成果發布在5月2日的《自然生物技術》(Nature Biotechnology)雜志上。
領導這一研究的是河北科技大學生物科學與工程學院生命科學系的韓春雨(Chunyu Han)副教授。其主要研究方向為真核基因表達調控,特別是和腫瘤相關的基因。此外,還有表觀遺傳相關蛋白,RNA的功能研究,例如,長非編碼RNA的功能及其他。
RNA引導的核酸內切酶Cas9是最常用的基因組編輯工具,其利用了RNA-DNA雜合來特異性地切割基因組序列。盡管研究人員已設法對Cas9系統進行多次改造來提高它的效率和特異性,它對向導序列-靶序列錯配的容忍以及向導RNA相對容易形成二級結構限制了Cas9-sgRNA系統的實用性。
Argonautes是一個核酸內切酶家族,其利用5′磷酸化的短單鏈核酸來作為向導切割靶序列。與Cas9相似,Argonautes在基因表達抑制及抵御外源核酸中起關鍵作用(CRISPR先驅發表最新研究成果 )。然而,Argonautes在許多方面不同于Cas9。Cas9只存在于原核生物中,而Argonautes在進化過程中保守,存在于幾乎所有生物體中;盡管大多數的Argonautes結合單鏈(ss)RNAs,在RNA沉默中起重要作用,一些Argonautes卻可以結合ssDNAs并切割靶DNA;正確的Cas9結合要求向導RNA必須有一個3′RNA-RNA雜化結構,而Argonaute結合則不要求特異的一致的向導RNA二級結構;Cas9只可以切割PAM上游的靶序列,而Argonaute不要求靶序列上存在特異的序列。當Argonaute與向導序列結合時,它們可以影響彼此的生物化學特性,并作為一個整體起作用。由于以上這些特征,Argonautes已進化為一個能夠執行許多不同任務的大蛋白質家族。
在這篇Nature Biotechnology文章中作者報告稱格氏嗜鹽堿桿菌Argonaute (NgAgo)是一種適合用于人類細胞中實現基因組編輯的DNA引導核酸內切酶。NgAgo可結合大約24核苷酸大小的5′磷酸化單鏈向導DNA (gDNA),有效地生成位點特異性的DNA雙鏈斷裂。這一NgAgo–gDNA系統不需要PAM,初步的特征描述表明它對向導序列-靶序列錯配低容忍,且能夠高效地編輯富含G+C的基因組靶序列。因此,NgAgo–gDNA系統是在哺乳動物細胞中實現基因組編輯的一種精確、有效的工具。
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