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韩研究人员,首次成功实现将CRISPR碱基编辑基因剪刀应用于动物

发行日 : 2017 / 03 / 03

    基础科学研究院金振秀(音译)研究员率领的基因编辑研究团队近日宣称,利用只改变一个碱基的基因编辑方法,即“CRISPR碱基编辑基因剪刀(Base Editor, targeted deaminase)”,成功置换了白鼠的特定基因碱基。这也是首次将碱基编辑基因剪刀应用于动物。相关研究成果刊登于2月28日发行的生命工学领域权威杂志《Nature Biotechnology》上面。

   涵盖了生命体所有信息的DNA由4个碱基组成的,它们分别是腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)和鸟嘌呤(G)。这4个碱基互相成双排成特定顺序组合成3个碱基,从而形成密码子(Codon)来储存遗传信息。DNA碱基排序之所以重要是因为只要一个碱基出问题就可能引发严重的疾病。囊肿性纤维化、镰刀型细胞贫血症等就是典型的因单一碱基出问题而引发的遗传疾病。

   目前被广泛应用的CRISPR基因剪刀(CRISPR Cas9 或 CRISPR Cpf1)就是找到靶向DNA碱基序列并相互结合后,再剪切掉该部分或者替换成新的碱基序列。该基因剪刀是通过将两股DNA碱基序列剪除,而是实现基因编辑,但改变一个特定的碱基其实是非常困难的。

   去年,学术界报告指出,碱基编辑基因剪刀的主要特征是可以替换一个碱基。此次研究证实了碱基编辑基因剪刀可以用于在动物,相关研究成果今后将有望被广泛应用于各种疑难遗传疾病研究。

   碱基编辑基因剪刀是由分解胞嘧啶(C)的脱氨基酶和切割DNA的Nickase Cas9(nCas9)共同组成。胞嘧啶脱氨基酶在DNA排序中找出胞嘧啶(C)转换成尿嘧啶(U, DNA的遗传信息传递到RNA之前尿嘧啶替代胞嘧啶),之后伴随着DNA复原,尿嘧啶(U)会变成胞嘧啶(T)。

   IBS研究团队利用电气穿孔法和微注射法将CRISPR碱基编辑基因剪刀转至白鼠胚胎。同时,研究团队尝试在负责维持肌肉细胞稳定的Dystropin(Dmd)基因与负责黑色素形成的Tyrosinase(Tyr)基因中进行碱基替换,结果显示培育基因变异白鼠获得成功。替换Dmd基因的碱基后,培育出肌肉退化白鼠;替换Tyr基因的碱基后,诞生了白化变种白鼠。研究团队通过对所有基因测序后,也确认了只在靶向位置发生基因变异这一事实。

   金振秀负责人表示,“CRISPR碱基矫正基因剪刀与一般的基因剪刀不同,不会把DNA剪成2段,只需替换单一碱基,可以说一种精确的基因编辑工具”。同时,她也指出“这也显示了引发遗传疾病的突然变异在胚胎阶段可以精确编辑这一可能性”。