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首次在人全基因组水平上证实基于CRISPR的单碱基校正是准确的

作者: 来源: 2017-11-19 我要评论( )

第三代编辑技术CRISPR-Cas9(上)与碱基编辑器rAPOBEC1nCas9(下)之间的比较。图片来自Institute for Basic Science。 在一项新的研究中,来自韩国基础科学研究所(Institute for

第三代编辑技术CRISPR-Cas9(上)与碱基编辑器rAPOBEC1nCas9(下)之间的比较。图片来自Institute for Basic Science。 在一项新的研究中,来自韩国基础科学研究所(Institute for Basic Science, IBS)基因组工程中心的研究人员证实了一种近期开发的基因编

第三代编辑技术CRISPR-Cas9(上)与碱基编辑器rAPOBEC1–nCas9(下)之间的比较。图片来自Institute for Basic Science。

 

在一项新的研究中,来自韩国基础科学研究所(Institute for Basic Science, IBS)基因组工程中心的研究人员证实了一种近期开发的基因编辑方法的准确性。这种基因编辑工具起着“DNA剪刀”的作用,旨在鉴定和替换人基因组(大小为30亿个碱基对)中的仅一个核苷酸(或者说碱基)。这是首次在全基因组水平上验证了这种“碱基编辑器(base editor)”的准确性。这种验证将有助扩大这种方法在农业、牲畜和基因疗法中的应用。相关研究结果于2017年4月10日在线发表在Nature Biotechnology期刊上,论文标题为“Genome-wide target specificities of CRISPR RNA-guided programmable deaminases”。论文通信作者为来自IBS基因组工程中心的Seuk-Min Ryu和Jin-Soo Kim。


基因编辑工具取得的快速进展已在生物界引起了很大轰动。一种主要的第三代DNA编辑技术是CRISPR。通过切除一小段DNA序列,CRISPR-Cas9和CRISPR-Cpf1被用来沉默或降低有缺陷的基因的表达。然而,去年,生物学家们已发现一种新的碱基编辑器并不导致随机的DNA删除和插入,而是仅替换一个DNA碱基。这种基因校正是至关重要的,这是因为几种疾病是由这四种DNA碱基(即腺嘌呤,简称A;胞嘧啶,简称C;鸟嘌呤,简称G;胸腺嘧啶,简称T)中的一种发生拼写错误导致的。DNA中的单核苷酸错误被称作点突变。点突变导致的疾病包括囊性纤维化、镰状细胞性贫血和色盲。

不同于现存技术的是,在这种碱基编辑器中,CRISPR-Cas9的一种变体(nCas9, 切口酶)与胞嘧啶脱氨酶(cytosine deaminase)APOBEC1融合在一起。APOBEC1将DNA中的碱基C替换为碱基T。这种DNA剪刀被向导RNA(gRNA)引导到DNA的正确位点上。然而,在此之前,人们并不知道这种碱基编辑器是否仅在有缺陷的基因区域上发挥作用,或者它是否在脱靶位点上不必要地将碱基C替换为碱基T。

仅一个月之前,Kim团队就在Nature Biotechnology期刊上报道首次成功地在小鼠体内进行单碱基编辑。如今,该团队在全基因组水平上证实了这种方法的准确性。

为了鉴定这种方法的可靠性,Kim团队对一种被称作Digenome-seq的错误校验技术进行改进,以便让它适用于这种碱基编辑器方法。去年,当该团队分析了CRISPR-Cpf1和CRISPR-Cas9的准确性时,他们就使用和验证了Digenome-seq。他们也改进了计算机程序Digenome 2.0以便更加全面地鉴定脱靶位点,并且通过比较不同的gRNA发现降低脱靶编辑和增加特异性的gRNA。

利用这种技术,Kim团队发现这种碱基编辑器要比当前的第三代基因编辑工具CRISPR-Cas9更加准确。这种碱基编辑技术在人基因组的多个位点上诱导C→T转换,而CRISPR-Cas9在多个位点上进行切割,这意味着这种新的碱基编辑器产生更少的脱靶变化。Kim说,“因此,我们预计这种碱基编辑器将被广泛地作为一种流行的CRISPR技术加以使用。”

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