科學家發現DNA堿基編輯的新方法
日期：2016-10-13 08:53:27
10月10日，國際學術期刊《自然-方法》（Nature Methods）在線發表了中國科學院上海生命科學研究院/上海交通大學醫學院健康科學研究所常興研究組題為Targeted AID -mediated mutagenesis (TAM) enablesefficient genomic diversification in mammalian cells 的最新研究成果，報道了利用靶向性胞嘧啶脫氨酶在體內實現高效率和高通量的DNA堿基編輯的新方法。
單核苷酸的多樣性是遺傳多樣性的主要來源，是分子進化的動力和很多疾病的直接誘因。然而由于哺乳動物基因組的高度穩定性，在哺乳動物細胞內很難高效和高通量地誘導單核苷酸的突變，進而研究這些突變的功能。雖然通過CRISPR等基因編輯技術，可以實現較高效的DNA切割和基因敲除，但由于同源重組(HDR)的效率低下，現有的CRISPR技術對于體內構建單核苷酸突變仍處于低效階段。
靶向性AID介導的核苷酸突變（TAM）這種新的研究方法，有可能改變這一現狀。有別于絕大多數體細胞基因組，適應性免疫系統在淋巴細胞發育過程中可以進行高效編輯，對抗原受體進行高效突變，產生近乎無限的抗原受體庫，用以抵御可能的病原體入侵。受這一“突變自我”機制的啟發，博士研究生馬云青和張佳元在研究員常興的指導下發現，當把核酸酶缺陷的Cas9蛋白和誘導抗體高頻突變的胞嘧啶脫氨酶AID融合后，在sgRNA靶向的基因組DNA上，胞嘧啶和鳥嘌呤可以隨機地向其它三個堿基轉變。這一新方法可以對細胞內的特定DNA序列進行多樣化，完成遺傳篩選，從而分析單核苷酸突變的功能。同時在一種多肽抑制劑的輔助下，dCas9-AID可以誘導特定的胞嘧啶向胸腺嘧啶轉變，實現單堿基的精確編輯。該研究團隊進一步證明，利用這一方法可以快速有效地模擬腫瘤細胞體內耐藥機制的異質性，預測可能的腫瘤耐藥性突變，進而改良小分子抑制劑和研究小分子與蛋白質靶點的相互作用。該研究成果為分子進化、基因治療和在單堿基水平上分析基因調控元件等領域提供新的方法。
該工作得到了中組部青年千人計劃、科技部、國家自然科學基金委和上海市科委的相關資助。
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