新突破循环打靶基因编辑技术

基因编辑作为一项颠覆性技术在生物学领域方面发挥积极的作用。基因编辑依赖于经过基因工程改造的核酸酶（Cas），也称“分子剪刀”，在基因组中特定位置产生位点特异性双链断裂（DSB），DNA断裂后有两种机制来修复，在断口处进行随机的修复，既非同源末端连接（NHEJ），修复过程中容易出错，导致可变长度的插入和缺失突变使原有基因功能发生改变；另外一种是同源重组（HR）来修复DSB，我们可以照着DNA的模板配对剪切尾端，在其中间夹上需要插入的序列放到基因组里去了，重新组合和替换原始序列，形成新序列、新基因的精准基因改良。碱基替换是基因编辑领域中另一重要的应用领域。CRISPR介导的单碱基编辑（CBEs和ABEs）包括由催化缺失的Cas9或Cpf1组成的DNA结合模块和工程化的胞嘧啶或腺嘌呤脱氨酶。单碱基编辑器在不造成DNA双链断裂（DSB）的情况下，能够将一个非PAM单链中DNA进行C-T或A-G的转换。碱基编辑器已被广泛应用于纠正真核细胞和整个生物体内的点突变或诱导单核苷酸转换。催化失活的Lachnospiraceae细菌Cpf1（dLbCpf1；又称dLbCas12a）-BE是通过将dLbCpf1与胞嘧啶脱氨酶APOBEC1连接而形成的碱基编辑器。由D10ASpCas9nickase和APOBEC1组成的baseeditor3（BE3）识别的PAM序列为NGG，并在窗口4-8位诱导C-T转换，而dLbCpf1-BE识别TTTV-PAM序列，并在8-13位催化C-T转换。Cpf1介导的碱基编辑器拓宽了胞嘧啶脱氨酶可靶向范围。还有哈佛大学DavidLiu研究团队开发的PE（primeediting）工具，利用RNA作为反转录的模板，与融合在Cas9（HA）上的反转录酶配合实现碱基替换。但是，这些工具还或多或少的存在着效率低、脱靶风险高等问题。此外，在一些国家的监管政策中，以上三种方法产生的碱基替换产品会被列入转基因监管，极大地限制了它的产业应用潜力。

年9月21日，ScienceChinaLifeSciences在线发表了题为“ProgrammedsequentialcuttingendowsCas9versatilebasesubstitutioncapabilityinplants”的文章，提出了一种只依靠普通Cas9进行碱基替换的方法。这种新的碱基编辑方法被命名为Cas9-mediatedSequentialEditing(CSE),中文名为”循环打靶碱基编辑方案“。

团多多商城，团得称心，多得开心

在高等真核生物（植物、动物等）细胞中，NHEJ的修复往往造成小片段的插入和删除（Indels），并且，其中最常见的是+1/-1bp的类型。作者根据这一现象提出，如果第一次修复成-1bp的类型，针对这一修复成的新序列设计特异的sgRNA，引导Cas9对其进行第二次切割，那么第二次的NHEJ修复就有可能插入一个不同的新碱基，这样就实现了任意的碱基替换。令人意外的是，这种简单的碱基编辑策略目前未见任何相关报道。

团多多商城，团得称心，多得开心作者在拟南芥ALS基因的S及W位点，水稻的ACCase基因的W位点利用CSE策略成功实现了G到T，A到G，甚至TG到AT的碱基替换，创制了新的抗除草剂突变。值得指出的是，CSE方案能够很好地配合Cas9-NGG和Cas9-NG实现碱基替换，因此CSE方案有望兼容其他识别不同PAM的Cas9变体，从而在基因组任意位点上进行碱基替换。此外，动物和植物细胞对Cas9切割的NHEJ修复结果类似，因此作者相信CSE方案也能够在动物细胞中实现碱基替换。团多多商城，团得称心，多得开心

该研究很大程度上改变了“仅仅依靠Cas9的DNA切割功能及细胞自发的NHEJ途径无法进行碱基替换”的观点。在碱基替换型产品的推广应用方面，尤其是在以所用方法进行监管的国家和地区，CSE方法具有明显优势。例如，澳大利亚最新的监管政策中规定，只利用Cas9进行编辑得到的植物及动物产品为非转基因产品，而利用碱基编辑工具（如CBE，ABE和PE等）得到的产品按照转基因监管。目前的碱基编辑工具（CBE，ABE，PE等）的底层专利，多为国外垄断；CSE方案是完全不同的碱基替换策略，或可突破这些底层碱基编辑专利的限制。

总策划：东老师

编审：胡老师

审核：钟老师

改编自：中国科学杂志社

商务合作

最新文章

推荐文章

热门文章

新突破循环打靶基因编辑技术