类转录激活因子效应物核酸酶(TALEN)介导的基因组定点修饰技术

人工构建的序列特异性核酸内切酶能够识别并切割特定的DNA靶序列,造成双链断裂,从而引起基因组结构的定点改变。人工核酸内切酶技术使得研究人员有可能对任意物种的基因组进行定点修饰,开启了反向遗传学研究的新天地。类转录激活因子效应物核酸酶(Transcription activator-like effector nuclease,TALEN)自2010年底开始成功应用于基因打靶,很快成为一种比锌指核酸酶(Zinc-finger nuclease,ZFN)更容易设计、特异性更高和毒性更低的人工核酸内切酶。文章综述了TALEN技术的研究进展及应用前景,重点介绍TALEN的结构、作用机制与构建方法和利用TALEN进行基因组定点修饰的策略,以及目前利用这一技术已成功实现突变的物种及内源基因,特别是在斑马鱼中的应用,为开展这一领域的研究工作提供参考。

CRISPR／Cas9介导的基因组定点编辑技术

Clustered regularly interspaced short palindromic repeats(CRISPR)/CRISPR-associated(Cas)9系统成功被改造为第三代人工核酸内切酶,与锌指核酸内切酶(zinc finger endonuclease,ZFN)和类转录激活因子效应物核酸酶(transcription activator-likeeffector nuclease,TALEN)一样可用于各种复杂基因组的编辑.目前该技术成功应用于人类细胞、斑马鱼和小鼠以及细菌的基因组精确修饰,修饰类型包括基因定点InDel突变、基因定点敲入、两位点同时突变和小片段的缺失.由于其突变效率高、制作简单及成本低的特点,被认为是一种具有广阔应用前景的基因组定点改造分子工具.本文从CRISPR/Cas的研究历史、分类、作用机理以及基因定点修饰应用等方面进行简单介绍,希望能够为在这一领域的科研工作者提供参考.

CRISPR/Cas9:一种新型的基因组定点编辑技术

CRISPR/Cas9系统是原核生物抵御病毒或质粒等外来遗传物质入侵的一种获得性免疫系统,主要由非特异性的Cas9核酸酶和起识别作用的cr RNA所组成。相较于传统的基因组编辑技术,基于CRISPR/Cas9系统的基因组定点编辑技术具有快速、简单、高效等优点,并且几乎可以用于任何物种的基因编辑。尽管CRISPR/Cas9系统的基因组特异性还有待进一步确认,但该系统在基因组编辑方面的简便性和有效性必将促进生物学的研究和人类疾病基因治疗方面的发展。

家蚕基因组靶向编辑技术研究进展

人工核酸内切酶(engineered endonuclease,EEN)系统介导的基因组编辑技术是进行基因组功能研究与生物遗传改良操作的重要工具。家蚕Bombyx mori是最早实现人工驯化和饲养的经济昆虫,同时也是后基因组时代用作功能基因分析的重要鳞翅目模式昆虫。近年来随着锌指核酸酶(zinc finger nuclease,ZFN)、类转录激活因子效应物核酸酶(transcription activator-like effector nuclease,TALEN)以及CRISPR/Cas9系统介导的新型基因组靶向编辑技术的快速发展,家蚕基因组靶向编辑技术的研究和应用也取得了重要进展。本文概述了目前最为常用的3种EEN介导的基因组靶向编辑系统的组成和作用原理,全面系统地介绍了家蚕基因组靶向编辑技术的建立过程以及该技术介导实现家蚕内源或外源基因定点突变、基因组结构变异和外源基因在家蚕基因组定点整合操作的应用研究进展,探讨了家蚕基因组靶向编辑技术存在的内源靶基因定点敲除与外源基因定点整合效率较低、外源基因整合的"脱靶效应"等主要问题及相应解决策略,并对利用该技术实现家蚕多基因同时修饰的潜力和多种基因组靶向编辑系统的联合应用与多元化开发的发展趋势进行了展望,以期为推动基因组靶向编辑技术在昆虫基因功能分析、突变模型建立等研究领域的发展提供借鉴与参考。

CRISPR/Cas9系统介导基因组编辑的研究进展

由规律成簇间隔短回文重复序列(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)以及CRISPR相关蛋白9(CRISPR-associated protein 9,Cas9),即CRISPR/Cas9系统改造的第3代人工核酸内切酶,与锌指核酸内切酶(Zinc finger endonuclease,ZFN)以及类转录激活因子效应物核酸酶(Transcription activator-like effector nuclease,TALEN)相比,具有构建方法简单快捷、突变效率高、成本低廉、适用范围广等许多优点,已成为一种热门的基因组编辑工具。该技术已成功应用于细菌、人类细胞、斑马鱼、小鼠、猪、食蟹猴以及多种植物的基因组精确修饰,是最具有临床与应用前景的基因治疗技术之一。但是CRISPR/Cas9系统目前也面临着脱靶率高、特异性差的难题,这无疑是CRISPR/Cas9系统应用于基础研究和临床治疗的最大的挑战。本文从CRISPR/Cas9系统的发现、分类、作用机制以及CRISPR/Cas9基因编辑系统在基因定点修饰方面的研究进展进行介绍,希望能够为畜牧领域的科研工作者提供参考。

遗传改造技术构建疾病动物模型在医药学研究上的应用前景

现代遗传改造技术包括转基因技术、同源重组技术及人工核酸内切酶技术等,现代遗传改造技术得到了快速改进并应用于疾病动物模型制作,其所构建的疾病动物模型能从根本上再现疾病发生和发展的过程,能为疾病发病机理的研究和新药研发提供重现性好且真实可靠的在体试验数据。以CRISPR/Cas9为代表的人工核酸内切酶技术解决了构建疾病动物模型的技术障碍,利用遗传改造技术构建的疾病动物模型有望在今后的医药学研究中发挥重要作用。

基因组编辑技术中供体DNA类型及选择

基因组编辑技术能够实现基因组的精确修饰和改造,是后基因组时代研究基因功能和遗传信息的主要手段。传统的基因打靶技术通过低效率的细胞自发同源重组实现目的基因的定点修饰。真核细胞中DNA双链断裂介导的同源重组效率远高于自发同源重组,利用人工核酸内切酶特异性地在基因组靶序列处引入双链断裂,通过提供适当形式的、含有一定长度同源臂的供体DNA,能够实现相对高效的基因组靶向编辑。本文系统总结了环状质粒、线性化质粒、聚合酶链式反应产物及单链寡聚脱氧核苷酸4种类型的供体DNA在基因组精确编辑研究中的应用及候选原则,以期为以后相关研究中供体DNA的选择、设计提供参考和借鉴。

ODN-铈配合物定位水解切断DNA的研究

合成了能定位水解切断DNA的ODN-铈配合物人工核酸定位水解切断试剂。使用HPLC对5＇-EDTA-P-10mersODN进行了表征;运用荧光光谱研究了5＇-P-10mersODN和单链DNA之间的杂交反应,证实合成的人工核酸定位水解切断试剂能够识别底物DNA,并与之结合;电泳实验结果表明该人工定位切断试剂具有良好的定位水解切断单链DNA的效果,并对人工定位切断试剂切断DNA的位点进行了探讨。该人工定位切断试剂可作为核酸工具酶在分子生物学和遗传工程中广泛应用。

CRISPR/Cas9技术及其在药物研发中的应用

CRISPR/Cas是新近在细菌及古细菌中发现的一种可以降解外源核酸的获得性免疫调节系统,它由成簇规律间隔的短回文重复序列(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)和蛋白质Cas组成,其中Ⅱ型CRISPR/Cas9系统成分最简单,包括:cr RNA(CRISPR RNA)、tracr RNA(trans-activating cr RNA)、Cas9(CRISPR-associated protein),tracr RNA通过RNaseⅢ功能促进cr RNA的成熟,由cr RNA通过碱基配对识别并向导Cas9结合靶标DNA,最后Cas9蛋白通过自身内切核酸酶的活性剪切DNA,达到定点编辑DNA的作用。该技术已被广泛应用于多项科研领域,仿效CRISPR/Cas9作用机理,人工构建融合了tracr RNA和cr RNA序列的一种特殊小向导RNA(small guide RNA,sg RNA)与Cas9的复合体,即能实现定点编辑基因的效果,且操作简捷、高效。文章综述了CRISPR/Cas9技术在药物研发中的应用,如细胞株改造、基因修复、动物模型构建、药物靶点筛选、遗传疾病治疗等。