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。

类转录激活因子效应物核酸酶介导的E-cad和Bmi-1基因联合干预鼻咽癌的体外研究

目的:检测类转录激活因子效应物核酸酶(transcription activator-like effector nuclease,TALEN)介导的E-钙黏蛋白(E-cadherin,E-cad)、B细胞特异性莫洛尼氏白血病毒插入位点1(B-lymphoma Moloney murine leukemia virus insertion region-1,Bmi-1)基因联合干预对鼻咽癌细胞生物学行为的影响。方法:构建多位点基因打靶载体p UC-DS1-E-cad-2ANeo-DS2(以下简称E-cad打靶载体)和p UC-DS1-Bmi-1 sh RNA-Zeo-DS2(以下简称Bmi-1打靶载体),将E-cad打靶载体、Bmi-1打靶载体及佛山科学技术学院分子医学研究院前期构建的TALEN载体以不同组合转染鼻咽癌CNE-2细胞。采用PCR检测靶基因的整合,Western印迹检测靶基因蛋白表达水平变化,细胞计数试剂盒(cell counting kit-8,CCK-8)检测细胞增殖能力变化,流式细胞仪检测细胞周期和细胞凋亡变化,Transwell实验检测细胞迁移和侵袭能力变化。结果:靶基因E-cad和Bmi-1 sh RNA表达元件成功整合到鼻咽癌CNE-2细胞的基因组中;转染后鼻咽癌CNE-2细胞中E-cad的蛋白表达水平明显上升,Bmi-1的蛋白表达水平明显下降;干预E-cad及Bmi-1不影响细胞的增殖、周期和凋亡,但显著抑制细胞的迁移和侵袭能力,且E-cad和Bmi-1联合干预比单独干预更能显著抑制鼻咽癌CNE-2细胞体外迁移能力(均P<0.01)。结论:TALEN介导的E-cad和Bmi-1联合干预能有效抑制鼻咽癌CNE-2细胞的体外迁移和侵袭,可为人类癌症的基因治疗建立前期的实验基础。

类转录激活因子效应物及其在生物技术领域的应用

综述了类转录激活因子效应物(TALEs)技术的研究进展及生物技术应用前景,重点介绍TALEs的结构特征、作用机理、广谱抗性基因的人工构建及利用类转录激活因子效应物核酸酶(Transcription activator like effector nucleases,TALENs)进行基因组定点修饰的策略。

类转录激活因子效应物核酸酶(TALENs)的构建及其在基因组定点修饰中的应用

类转录激活因子效应物核酸酶(transcription activator-like effector nucleases,TALENs)是一种新发现的基因组定点修饰工具。TALENs由TALE蛋白及II型核酸内切酶Fok I组成,其中TALE由多个重复的氨基酸序列构成,对DNA序列的识别达到一个重复单元结合一个碱基的程度,它在结合Fok I内切酶后就形成了具有DNA定点修饰功能的TALENs。该文主要介绍TALENs的构建及其在基因组定点修饰中的应用。

类转录激活样因子效应物核酸酶技术的原理及应用

类转录激活因子效应物核酸酶(transcription activator-like effector nucleases,TALENs)是近年兴起的一种基因定点编辑技术,由特异性DNA结合结构域TALE和DNA切割结构域Fok I核酸内切酶组成。由于TALEN能对基因组中特异性基因进行识别和定点剪切,导致基因DNA双链断裂,进一步诱导DNA损伤后修复,可对基因组中的特定位点进行高效遗传操作,如基因的敲入、敲除和修复等。TALEN技术以其设计简单、特异性高、毒性低及靶点选择灵活等特点成为目前应用最为广泛的基因定点编辑技术。本文将就TALEN的原理、研究进展以及临床应用展望作一综述。

转录激活因子样效应物核酸酶

人工设计的核酸酶是目前进行精确基因组修饰的有效工具之一,在生命科学基础研究和人类遗传疾病的治疗研究领域有着广泛的应用价值。有必要综述转录激活因子样效应物核酸酶(transcription activator-like effector nucleases,TALEN)的技术背景,以及其应用研究基础上的核酸酶活性和特异性,并探讨TALEN用于靶向基因组修饰过程中所存在的一些问题。

人工转录激活子样效应因子核酸酶与多位点基因打靶载体的构建与鉴定

目的构建并验证针对人类基因组核糖体DNA（rDNA）序列的转录激活子样效应因子核酸酶（TALEN）表达载体与人类通用多位点基因打靶载体。方法运用在线软件TALENs Targeter在rDNA序列上设计TALEN切割位点，并构建针对该位点的TALEN表达载体，利用细胞转染技术，筛选出一对有较高活性的TALEN，并计算其切割效率。将TALEN切割位点两侧的同源重组引导序列DSl、DS2以及GFP表达元件克隆到pUC-19质粒中，最终将TALEN与多位点基因打靶载体共转染293T细胞，经PCR与测序鉴定，对目的基因整合情况进行验证。结果经酶切、测序鉴定，成功获得一对切割活性高达78．5％的TALEN（TALEN-L1R2），成功构建人类细胞通用的多位点基因打靶载体pUC-DS1-EGFP-DS2；两种技术结合后将目的基因GFP成功整合于293T细胞基因组中。结论TALEN与多位点打靶技术结合，可有效将目的基因整合于基因组中。

2014-25中科院广州生物医药与健康研究院将转录激活因子样效应物核酸酶

（TALENs）技术应用于兔基因敲除研究，建立了兔基因打靶的高效平台。并利用这一技术平台，负责T细胞和B细胞重排的重组激活基因（RAG）敲除，建立了世界上首例免疫缺陷家兔疾病模型，相关成果在线发表于《细胞研究》上。

人工核酸酶用于基因组定点编辑的研究进展

人工核酸酶(EN)技术,是利用设计并构建的核酸内切酶与靶DNA序列特异性结合,形成双链断裂(DSB),启动DNA修复通路,进行基因组定点编辑,目前已成功应用于多种细胞和生物体。

转录激活因子样效应物敲除klf4 b基因的质粒构建与鉴定

目的： KLF4是哺乳动物细胞中调控和维持全能性的关键因子，构建与鉴定klf4 b基因敲除的有效位点与相关质粒，以期构建klf4 b基因敲除动物模型研究其功能。方法转录激活因子样效应物核酸酶是目前最有效敲除和编辑基因的基因工程技术之一，设计和组装了klf4 b基因TALENs质粒，在胚胎和整体动物水平验证其有效性。结果成功组装了两对klf4 b基因TALENs质粒，显微注射胚胎后，经检测其中一组成功诱导klf4 b靶向区域突变，突变类型既有插入型也有缺失型；遗传检测显示这些突变型高效的遗传给了下一代。结论在斑马鱼中有效敲除了klf4 b基因，成功获得了斑马鱼klf4 b突变群体；为进一步阐释斑马鱼中klf4 b基因的生物功能提供了良好的研究材料，也为全面理解哺乳类klf4基因的功能提供了研究模型。

基因编辑技术在免疫缺陷动物模型研究中的应用进展

免疫缺陷动物模型在临床前研究中发挥重要作用,是现代生物医学研究领域的重要实验工具,广泛应用于免疫学、遗传学、肿瘤学与微生物学等研究领域。基因编辑是针对生物体基因组进行靶向修饰的技术,从出现到应用,极大推动了生物医学研究领域的发展。基因编辑技术主要包括HEs、ZFNs、TALENs与CRISPR/Cas9系统。目前,研究者已利用该技术建立了多种类型的免疫缺陷动物模型,各有其优势和局限性。近年来,大量研究证实人源化免疫缺陷动物模型能够精准模拟癌细胞、药物以及免疫系统在人体内的作用,可以更好地模拟人类疾病,广泛用于研究人类免疫生物学及人类复杂疾病的潜在机制。本文对利用基因编辑技术构建免疫缺陷动物模型的研究应用进展进行综述,对基因编辑技术在免疫缺陷动物模型制备中存在的问题及优化策略深入探讨,并对其未来发展前景进行了展望,以期为研究者选用和建立免疫缺陷动物模型提供参考。

TALEN构建与斑马鱼基因组定点突变的实验方法与流程

类转录激活因子效应物核酸酶(Transcription activator-like effector nuclease,TALEN)是最近发展起来的一类新型的人工核酸内切酶,它由特异性的TALE DNA结合结构域和非特异性的FokⅠ核酸内切酶切割结构域组成。TALEN能够根据用户需要切割特定的核苷酸靶序列,造成DNA双链断裂,从而诱导该靶序列产生indel突变,目前已成功地应用于多个物种或体外培养细胞的基因组定点突变。文章介绍TALEN靶点的选择与确认,采用"单元组装法"构建人工TALEN的原理与步骤,以及通过显微注射TALEN mRNA诱导并筛选斑马鱼突变体的实验流程与经验。这些方法理论上也适用于对其他物种进行基因打靶。

应用TALEN技术对兔CCR5基因进行靶向修饰

缺少合适的能够被人免疫缺陷病毒1型（Human immunodeficiency virus 1,HIV-1）感染的动物模型是获得性免疫缺陷综合征/艾滋病（Acquired immunedeficiency syndrome,AIDS）疫苗和药物研发的瓶颈.HIV-1能在野生型兔子中形成持续感染,在共表达人CD4和CCR5的兔细胞系中,HIV-1能高效复制,并形成合胞体.若在家兔中高表达人CD4和CCR5,就可能获得研究AIDS的理想动物模型.文章采用高效基因打靶技术—类转录激活因子效应物核酸酶（Transcription activator-like effector nuclease,TALEN）,探讨在家兔CCR5基因位点定点敲入人CD4和CCR5,获得能够感染HIV-1家兔模型的可能性.针对家兔CCR5基因,设计了两对TALENs和一个同源打靶载体,TALEN mRNAs和DNA同源片段显微注射到家兔受精卵中,体外培养3～5 d后,收集24枚胚胎,对胚胎的基因突变情况进行PCR和测序分析.结果显示,在家兔CCR5位点,24枚胚胎均发生了基因敲除,5枚胚胎还发生了人CD4和CCR5基因敲入.该结果为建立艾滋病研究新动物模型奠定了基础.

TALENs编辑绵羊成纤维细胞FGF 5基因

类转录激活因子效应物(Transcription activator-like effector,TALE)已经成为基因组编辑和基因转录调控的有效工具,在多个物种的基因组中实现特定位点的删除、插入和突变。针对绵羊成纤维细胞生长因子5(Fibroblast growth factor 5,FGF5)基因起始密码子ATG位点,设计构建TALENs(Transcription activator-like effector nucleases,TALENs)。通过比较分析正常培养和基因组编辑处理的绵羊成纤维细胞,电转TALENs组合,Surveyor突变检测,筛选获得1对有效的TALENs。有限稀释细胞传代培养,PCR扩增FGF5基因片段,经PAGE检测筛选发生突变的细胞,测序确认FGF5基因ATG位点产生缺失突变细胞。获得具有编辑活性的TALENs,为该基因的定点编辑奠定基础。Surveyor检测和测序结果表明,在绵羊FGF5基因ATG起始密码子上游104碱基位点,存在1个G/C单核苷酸多态。

TALEN技术研究进展

类转录激活因子效应物核酸酶(Transcription activator-like effector nuclease,TALEN)是近年来新兴的分子生物学工具。该技术可高效地介导DNA编辑修饰,如基因敲除、基因敲入、碱基替换、点突变等。近年来,随着人们对TALEN系统研究的不断深入和改造,TALEN已成功地应用于人类细胞、鼠、斑马鱼等物种中,成为一项具有广阔应用前景的基因编辑技术。对TALEN的来源、构建及应用情况进行阐述,并对其未来发展进行展望。

基因组编辑技术在植物中的应用研究进展

基因组编辑技术以准确、高效、简单的操作而发展迅速,近年来以CRISPR/Cas系统为代表的基因组编辑技术在基因功能研究、疾病治疗、植物分子育种等方面取得了重要进展。为后续相应研究提供参考,总结锌指核酸酶(ZFNs)、类转录激活因子效应物核酸酶(TALENs)、成簇规律间隔短回文重复与关联蛋白(CRISPR/Cas)系统的原理及特点,着重介绍CRISPR/Cas技术在植物中的研究应用进展,对植物基因组编辑技术发展前景进行了展望。

基因编辑技术原理及其在动植物研究中的应用

自人类基因组计划开展以来,越来越多生物的基因组序列得到了测定,基因的功能逐步得到鉴定.人们期望通过对基因表达的改变,来治疗人类疾病或提高生物的产量和品质.早期突变技术对基因的改变是不定向的,近年来,锌指核酸酶(ZFN)、转录激活子样效应因子核酸酶(TALEN)和CRISPR/Cas9等技术可对某个已知基因进行编辑.特别是CRISPR/Cas9技术,由于具有操作方便、效率高等优点,因此成为对基因进行定向操作的强有力工具.本文对几种基因编辑技术的原理和应用进行简要介绍和展望.

TALENs技术在基因功能研究中的应用

基因敲除技术广泛应用于研究各类细胞和生物的基因功能。转录激活子样效应因子核酸酶技术(TALENs)是近年发展起来的一种新型基因敲除方法,其利用TALEs蛋白核酸结合域氨基酸序列与其靶位点核酸序列之间存在着恒定对应关系,从而组装出能特异性结合任意DNA序列的模块化蛋白。TALENs技术以其快速、高效的优势对生物基因研究领域产生深远影响,为遗传疾病的治疗提供了新的策略。

靶向REST基因TALEN质粒的快速构建与活性检测

目的针对人REST基因设计并构建特异性类转录激活因子效应物核酸酶(TALEN)质粒,快速获得具有较高突变效率的TALEN。方法根据REST的序列信息设计TALEN靶位,使用单元组装的方法快速构建TALEN质粒,在293T细胞中进行活性检测并计算突变效率。结果针对REST设计并成功构建5个TALEN质粒,组成6对TALEN并实现基因打靶,其中L1和R3组合的突变效率达到60.9%。结论成功获得了靶向人REST基因的高效TALEN,为进一步研究REST的基因功能及其在相关疾病中的作用奠定基础。

针对ALK4基因的TALEN质粒构建与活性鉴定

旨在利用类转录激活因子效应物核酸酶(Transcription activator-like effector nuclease,TALEN)技术构建具有活性的敲除类激活素激酶受体4(Activin receptor-like kinase 4,ALK4)的TALEN质粒。利用TALEN在线设计工具,根据TALEN设计原则和ALK4剪接异构体的共同序列确定基因敲除的靶位点、TALEN识别序列和用于活性验证的限制性酶切位点。利用质粒文库试剂盒快速构建TALEN质粒,并通过酶切、测序和BLAST比对加以验证。应用脂质体转染法将构建质粒导入HEK293T细胞,通过共转染的pEGFP-N1质粒判断转染效率。利用嘌呤霉素进行阳性筛选后提取基因组DNA,PCR扩增靶序列,HhaⅠ酶切纯化后的PCR产物。结果显示,来自转染TALEN质粒细胞基因组的PCR产物的酶切效率明显下降,提示部分细胞的ALK4基因发生了突变。首次成功构建了在HEK293T细胞中有活性的TALEN质粒。