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基因编辑获宏大突破!首次实现线粒体DNA的精准编辑

2020-07-13 03:45      点击:66

  来源:奇点网

  搓搓手,今天基因编辑技术又登上一个新台阶了!

  这次迎来解答的是CRISPR也没搞定的历史遗留难题——对线粒体DNA的精准编辑。

  今日,《自然》杂志刊登了一项新钻研,科学家们行使一栽细菌毒素DddA开发了针对线粒体DNA的单碱基编辑器DdCBE,可直接针对双链DNA将C-G碱基对编辑为T-A碱基对,而且编辑效率很高,也几乎异国脱靶效答。该钻研通讯作者为刘如虚心Joseph D。 Mougous。

  望完论文不禁感叹,这个编辑器真是精妙极了,人类的聪慧牛逼(为刘先生打电话——

图源 | science.com图源 | science.com

  DddA是一栽细菌毒素,最最先是通讯作者之一、微生物学家Mougous团队中一位博士后Marcos de Moraes发现的。2018年,de Moraes发现DddA具有催化胞嘧啶脱氨变化为尿嘧啶的活性,而且有有趣的是,与其他的脱氨酶分别,这栽作用能够直接在DNA双螺旋上发生,不必要解旋。

  Mougous那时就想到了只闻其名不曾谋面的同事刘如谦。刘如谦团队之前开发的CRISPR单碱基编辑器中就有用到过脱氨酶,也许DddA也能够在相关的周围得到行使。

  通过邮件疏导,两个团队一拍即相符。

  不过他们一致认为,就算用DddA再造新的CRISPR单碱基编辑器,也不会比现有的技术有太众的上风,因而钻研者们一路先就瞄准了新的行使场景——线粒体DNA编辑。

  对线粒体DNA的精准编辑是从来没人实现过的,现在行使最普及的CRISPR技术面对线粒体DNA也是不知所措——线粒体异国汲取RNA的机制,因而CRISPR技术关键的gRNA根本就进不往线粒体。

  那么其他的基因编辑技术呢?

  2018年,《自然医学》杂志曾同期发外了两篇论文,别离行使锌指蛋白核酸酶技术(ZFNs)和转录激活样因子核酸酶技术(TALENs)实现了对线粒体DNA突变的清除。不过这两项技术能做的,是将携带突变的线粒体DNA直接降解,其实行使首来难度很大。毕竟线粒体DNA的拷贝数倘若太矮,也会带来疾病。

  云云一望,DddA的潜力还真是挺大。它自己是个蛋白,能够进入线粒体,又能够直接对双链DNA编辑,简直专门值得钻研一番。

DddA的三维构象DddA的三维构象

  自然了,到这边还只是刚刚有了一个思路,其实从DddA到最后的DdCBE,要解决的题目还有三个。

  第一,不管怎么说,胞苷脱氨酶对哺乳动物细胞来说是有生物毒性的。为了避免这栽毒性,在线留言钻研者们想出的手段是把DddA一拆两半,两个异国活性的片面在编辑位点重组恢复脱氨活性。不清新钻研者们是不是从ZFN和TALEN中获得的灵感呢。

  TALE能够识别特定的DNA序列,将设计益的TALE蛋白与半个DddA相连,云云DddA们就能够在编辑位点团聚了。

  第二,怎么让组相符益的DddA进入线粒体呢?这个题目倒是不难明决,在ZFN和TALEN中也有答案,添上线粒体靶向信号(MTS)蛋白序列,就能够行使线粒体的蛋白质汲取机制穿过线粒体的双层膜了。

  第三,DddA行为一栽胞苷脱氨酶,它能够做的是将胞嘧啶(C)脱氨变为尿嘧啶(U),而U是RNA碱基,出现在DNA中很容易被尿嘧啶-DNA糖基化酶切失踪,又恢复成C。

  为了保住DddA的作用不被作梗,还要再添上尿嘧啶糖基化酶按捺剂(UGI),把U保住,等到下一轮DNA复制,它就能够和腺嘌呤(A)互补而不是和鸟嘌呤(G)互补。从实验数据来望,添入UGI之后编辑效率挑高了8倍。

  至此为止,DddA衍生的胞嘧啶碱基编辑器(DdCBE)才彻底完善了。浅易总结一下,这个DdCBE包含四个片面:进入线粒体的向导MTS、配相符识别DNA靶点的TALE蛋白、编辑主力军DddA(半个)以及UGI。

DdCBE组织DdCBE组织

  钻研者尝试编辑了几个分别的线粒体基因,编辑效率大约在4.6%到49%之间,影响因素包括两个半个DddA的倾向、TALE蛋白设计、两个亚基之间的阻隔、靶点和TALE的相对结相符位置等。

  至于基因编辑中最受关注的脱靶效答,实验数据给出的结论是对细胞核基因异国脱靶,线粒体DNA脱靶效答很少,主要与TALE相关。

  在HEK293T细胞中进走的实验表现,DdCBE的编辑活性能够不息18天,其间对线粒体DNA的编辑异国降矮细胞存活率、异国产生大的DNA片段缺失、也异国影响DNA拷贝数。

  理论上来说,DdCBE有期待解决现在一半的线粒体DNA突变,就算不能够修整一切突变,只是缩短有害突变拷贝的数目,对于线粒体疾病也是能够首到治疗成绩的,能够说DdCBE是线粒体疾病基因疗法的一大提高,同时也是钻研线粒体基因组的有力工具。

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