第一個CRISPR單核苷酸編輯的轉(zhuǎn)基因小鼠
囊性纖維化,鐮狀細(xì)胞性貧血,亨廷頓氏病和苯丙酮尿癥都是由單個核苷酸(DNA構(gòu)建塊)的突變引起的疾病的例子。人類DNA由大約30億個四種類型的核苷酸組成:腺嘌呤(A),胞嘧啶(C),鳥嘌呤(G)和胸腺嘧啶(T)。在某些情況下,只有一個核苷酸的差異會帶來嚴(yán)重后果??茖W(xué)家希望通過用正確的核苷酸替換不正確的核苷酸來治愈這些疾病。然而,用當(dāng)前的基因編輯工具CRISPR-Cas9替換單個核苷酸在技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性?;蚩茖W(xué)研究所(IBS)基因組工程中心的科學(xué)家使用了一種流行的基因編輯技術(shù)CRISPR-Cas9來生產(chǎn)具有單核苷酸差異的小鼠。自然生物技術(shù)。
最新且非常成功的CRISPR-Cas9技術(shù)通過切割DNA兩條鏈中的錯誤核苷酸并切除DNA的一小部分來發(fā)揮作用。相反,IBS生物學(xué)家使用Cas9蛋白(切口酶Cas9,nCas9)的變體與稱為胞苷脫氨酶的蛋白質(zhì)(也稱為基因編輯器)融合,該蛋白質(zhì)能夠?qū)⒁粋€核苷酸替換為另一個核苷酸。以這種方式,不發(fā)生DNA缺失,而只是一個核苷酸取代。這些類型的脫氨酶已經(jīng)由Harvard的David Liu小組和2016年神戶大學(xué)的同事在培養(yǎng)的細(xì)胞系中開發(fā)和測試.IBS團(tuán)隊通過將其應(yīng)用于小鼠胚胎進(jìn)一步推進(jìn)該技術(shù)。
科學(xué)家通過改變肌營養(yǎng)不良蛋白基因(Dmd)或酪氨酸酶基因(Tyr)中的單個核苷酸來測試小鼠中的CRISPR-nCas9-胞苷脫氨酶融合。它們在兩種情況下均獲得成功:Dmd基因中具有單核苷酸突變的胚胎導(dǎo)致小鼠肌肉中不產(chǎn)生肌營養(yǎng)不良蛋白,并且具有Tyr突變的小鼠顯示出白化性狀??辜∥s蛋白確實與肌肉肌營養(yǎng)不良蛋白疾病相關(guān),而酪氨酸酶控制黑色素的產(chǎn)生。
而且,這些單核苷酸取代僅出現(xiàn)在目標(biāo)位置。這很重要,因為它意味著只有正確的核苷酸被取代。“我們首次在這里展示了可編程脫氨酶有效誘導(dǎo)動物胚胎中的堿基取代,產(chǎn)生具有疾病表型的突變小鼠。這是一個原理驗證實驗。下一個目標(biāo)是糾正動物的遺傳缺陷。最后,這項技術(shù)可能允許在人類胚胎中進(jìn)行基因校正,“該研究的主要作者,中心主任KIM Jin-Soo表示。
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