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Nucleic Acids Research:提高基因組編輯效率的新方法

日期:2014-05-20 09:06:28

 

ZFNCRISPR/Cas9TALEN都被證明是有效的基因組編輯工具。現在,科學家們利用簡單的核酸適體(aptamer)進一步提高了這些工具的性能。

 

鋅指核酸酶ZFN,類轉錄激活因子效應物核酸酶(TALEN)和最近大熱的CRISPR/Cas9系統,可以幫助研究者們進行位點特異性的基因組編輯。這些方法向基因組中引入位點特異性的雙鏈斷裂,然后利用寡核苷酸與目的位點的同源重組進行修復,從而實現對基因組特定位點的改變。目前,這類技術在基因分析中越來越重要,但同源重組的頻率較低,阻礙了這些技術在許多細胞類型中的應用。

 

美國喬治亞理工學院的副教授Francesca Storici與同事開發了一種由核酸適體引導的新基因打靶方法(AGT),這種方法能夠大大提高供體序列的同源重組率,文章發表在Nucleic Acids Research雜志上發。

 

“在減數分裂的過程中,兩個同源染色體之間的DNA重組率很高,因為它們聚集在一起。而有絲分裂細胞中,兩個姐妹染色單體的DNA重組也很有效,因為它們離得很近,” Storici解釋道。“我們希望利用核酸適體,將供體序列帶到目標序列附近的區域,在正確的位點促進重組事件的發生。”

 

為此,Storici的研究團隊構建了一個雙功能的DNA寡核苷酸,這種寡核苷酸由供體序列和一個核酸適體組成。核酸適體是指能夠與目標分子(例如蛋白)高親和力結合的短核酸序列。如果核酸適體能夠結合基因組編輯位點附近的DNA結合蛋白,就可以將供體序列帶到需要編輯的基因組區域。

 

研究人員將歸位內切酶(Homing EndonucleaseI-SceI的識別位點插入到酵母的TRP5基因中,將這種酶的切割位點作為基因編輯的目標。然后,他們選用了能夠結合I-SceI的核酸適體,構建包含野生型TRP5的供體序列。

 

研究顯示,將這一序列轉染到酵母細胞中以后,TRP5基因的矯正率比對照組提高了32倍。隨后研究人員又在人類胚腎細胞中(HEK-293)進行了類似的實驗,結果核酸適體將基因矯正率提高了16倍。

 

下一步,Storici實驗室的研究人員將會繼續尋找親和力更高的DNA適體,并探索用RNA替代DNA構建雙功能寡核苷酸的可能。“此前的研究顯示,RNA有修復DNA斷裂和傳遞遺傳信息到染色體DNA的能力,這意味著RNA肯定也可以作為一種供體分子,”Storici說。使用和調控RNA適體,可以進一步提高基因打靶的效率,拓寬這種方法的應用范圍。

 


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