Nature：重組酶的突變體(Cre)對(duì)基因治療有利
2013-10-22 21:40
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來(lái)源：生物通
作者：網(wǎng)*
責(zé)任編輯：網(wǎng)絡(luò)
[導(dǎo)讀] 鋅指核酸酶、TALEN和CRISPR/Cas系統(tǒng)是當(dāng)今十分流行的基因組編輯工具,但它們并不是唯一的選擇.位點(diǎn)特異的重組酶也很有用.如今,哈佛大學(xué)的研究人員報(bào)告了一個(gè)重組酶的突變體(Cre),其特異性比野生型的酶要高得多,這一特點(diǎn)對(duì)基因治療應(yīng)用來(lái)說(shuō)極具吸引力.
鋅指核酸酶、TALEN和CRISPR/Cas系統(tǒng)是當(dāng)今十分流行的基因組編輯工具,但它們并不是唯一的選擇.位點(diǎn)特異的重組酶也很有用.如今,哈佛大學(xué)的研究人員報(bào)告了一個(gè)重組酶的突變體(Cre),其特異性比野生型的酶要高得多,這一特點(diǎn)對(duì)基因治療應(yīng)用來(lái)說(shuō)極具吸引力.
Nikolai Eroshenko是哈佛大學(xué)工程和應(yīng)用科學(xué)院的研究生.他和他的導(dǎo)師-著名的遺傳學(xué)家George Church-在《Nature Communications》上發(fā)表了他們的研究成果.
Eroshenko的研究方向是人類(lèi)基因治療,也就是用野生型或"正確"的副本來(lái)替換突變基因.但是,將這一副本插入基因組卻并不容易.研究人員可以使用病毒,但無(wú)法控制整合位點(diǎn).引入雙鏈DNA斷裂的核酸酶是另一種選擇,但它們需要同源重組的修復(fù),這在人類(lèi)細(xì)胞中相當(dāng)罕見(jiàn).
Cre等重組酶在人類(lèi)細(xì)胞中非常高效,也不需要內(nèi)源的DNA修復(fù).為了使用它們,研究人員必須改造重組酶結(jié)合位點(diǎn)(loxP)和待插入的DNA,剩下的就由酶來(lái)完成.一般來(lái)說(shuō),重組酶過(guò)程被認(rèn)為相當(dāng)特異.然而,一些證據(jù)也表明脫靶效應(yīng)的可能性.
為了提高Cre的特異性,Eroshenko利用數(shù)學(xué)建模來(lái)確定改善蛋白準(zhǔn)確性而又不犧牲效率的策略.他發(fā)現(xiàn),針對(duì)Cre形成二聚體能力(而不是與DNA結(jié)合)的突變有可能會(huì)成功.
隨后Eroshenko利用PCR突變法來(lái)改造蛋白N端附近的α螺旋,它參與了二聚化,而未參與DNA結(jié)合.利用雙選擇策略,他確定了三個(gè)突變體,它們?nèi)急Ａ袅苏_靶定loxP位點(diǎn)的能力,但又避開(kāi)與loxP相似的假序列.他在體外以及細(xì)菌和哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)將這些突變體與野生型的Cre重組酶進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)酶的效率稍低,但更加特異.
在大腸桿菌中,Eroshenko觀察到野生酶的錯(cuò)誤率約為1/10,000個(gè)細(xì)胞."我們有些突變體要高三個(gè)數(shù)量級(jí)或以上."
Eroshenko表示他的長(zhǎng)期目標(biāo)是重新改造重組酶,讓它靶定loxP之外的位點(diǎn),如人類(lèi)基因組中已經(jīng)存在的內(nèi)源pseudo-loxP位點(diǎn),這樣重組酶就可以用于未經(jīng)修飾的基因組.
不過(guò),梅約診所的助理教授Karl Clark對(duì)此結(jié)果表示很驚訝.他本人也在研究基因組編輯工具,包括重組酶Cre."我沒(méi)有聽(tīng)到很多人抱怨Cre/loxP是非選擇性的,"他說(shuō).
Clark表示,他計(jì)劃在其實(shí)驗(yàn)室中嘗試這些新的突變體,看看它們是否在斑馬魚(yú)中起作用.他指出,對(duì)于許多應(yīng)用,如轉(zhuǎn)基因應(yīng)用,利用Cre來(lái)短暫激活沉默的基因,野生酶的準(zhǔn)確性已足夠.
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