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解析CRISPR/Cas9脱靶效应
日期:2014-07-04 00:00:00
在最近几十年,基因组编辑技术(建立在基因靶向修饰的基础上,对生物基因组进行改造的一项新技术)得到了迅速的发展。其中,利用归巢内切酶(HEases)、锌指核酸酶(ZFNs)、转录激活因子样效应物核酸酶(TALENs)和最近的CRISPR/Cas9系统对各种生物基因组位点进行位点特异性裂解,不仅在实验室中被广泛应用,而且也应用于转化研究。
基因组编辑的核心问题是,如何实现特定基因组序列的特异性识别。在HEases、ZFNs和TALENs的情况下,可通过核苷酸和蛋白质序列之间的特定分子间相互作用实现,而对于CRISPR/Cas9来说,特异性是由于CRISPR RNA (crRNA)及其识别序列之间的Watson-Crick碱基配对。
尽管诸多的努力一直都专注于优化CRISPR/Cas9在各种生物体中的打靶和裂解效能,但是对脱靶效应的研究相对较少。关于基因组编辑的一个主要担忧是,编辑酶的潜在脱靶效应会带来意想不到的基因组不稳定性,如突变和染色体易位。
在这项研究中,研究人员利用一种公正的全基因组ChIP-seq方法,分析了人类基因组中CRISPR/Cas9的结合脱靶效应。令人惊讶的是,虽然Cas9能够以一种sgRNA特异性方式,结合各种包含PAM的基因组序列和保守种子序列,但与其他基因组编辑酶(如HEases、ZFNs和TALENs)相比,它的裂解脱靶是有限的。这很大程度上是因为,靶序列退火步骤额外参与活化CRISPR/Cas9复合体在其靶点上的裂解活动。另一方面,sgRNA特异性脱靶结合活性,可能会显著影响其他最近开发的方法,这些方法将CRISPR/Cas9的核苷酸序列结合特异性,与其他非裂解相关的功能(如转录调控和荧光标记)相结合。
研究证实,在人类基因组中CRISPR/Cas9具有crRNA特异性脱靶结合活性。然而,大多数的这些结合脱靶效应,在体内和体外都不能有效地裂解,表明人类基因组中的CRISPR/Cas9脱靶裂解活性是很有限的。
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