科学家用基因剪切技术编辑DNA单个碱基
查字典生物网
2016-04-25
一项研究报告了定位和修改单个DNA碱基，且不随机插入和删除基因组的方法。这种新的“碱基编辑”方法使用一种经过修饰的CRISPR/Cas9蛋白质，使其和另外两种蛋白一同工作，比现有修复单碱基变异的方法更高效，该方法已被用于培养细胞，成功逆转了与疾病有关的单个碱基变异，包括晚发性阿尔茨海默氏症和乳腺癌。。
大多数遗传疾病源于单核苷酸的突变（点突变）。目前广受专注的基因编辑技术CRISPR/Cas9涉及到切割DNA的两个链条，在目标DNA序列上形成双链断裂。然而，当用于校正单个核苷酸时，标准的CRISPER/Cas9方法通常是低效的，并且在目标位置频繁随机引入插入/剪切基因组，这主要是细胞对DNA双链断裂的反应结果。
为了提高修正点突变的效率，同时减少插入／缺失的频率，美国马萨诸塞州坎布里奇哈佛大学DavidLiu和同事修改了Cas9蛋白，让它不再切割DNA双链，但仍能结合到目标DNA序列。通过在Cas9上安装碱基修饰酶（APOBEC1），研究者能直接将胞嘧啶（C）转换成尿嘧啶（U），而尿嘧啶与胸腺嘧啶（T）的碱基配对方法一致。为了让编辑过的碱基对永久存在于细胞中，研究人员使用第三种蛋白操纵正常细胞修复DNA的过程，使得目标C:G碱基对转变成T:A碱基对。研究表明碱基编辑系统能高效矫正各种在小鼠和人类细胞系中存在的与人类疾病相关的点变异，并且引入插入/缺失量都极低。
另外两项同期发表于《自然》的研究提供了关于Cpf1酶机制和结构的新信息，Cpf1酶能在CRISPR介导的基因编辑中作为Cas9的替代品。德国柏林马克斯·普朗克学会感染生物学研究所EmmanuelleCharpentier团队已证明Cpf1和Cas9的不同，它在定向基因编辑中能执行RNA加工和DNA切割两个活动，这可能打开了对特定序列基因组编辑和沉默的新路子。在另外一项研究中，中国哈尔滨工业大学研究团队报告了附着在RNA上的Cpf1蛋白的晶体结构，并描述了附着时Cpf1的形状是如何变化的。
