中國科學院上海生命科學研究院(人口健康領域)中科院-馬普學會計算生物學伙伴研究所楊力研究組與上海科技大學陳佳研究組、南京醫科大學沈彬研究組合作研究揭示了胞嘧啶脫氨酶(APOBEC)在CRISPR/Cas9引發的DNA斷裂修復過程中產生突變的新機制,為進一步提高基因組編輯保真度提供了新思路。
CRISPR/Cas9是迄今為止最為高效便捷的基因組編輯技術。雖然其在生命科學基礎研究和生物技術開發等領域被廣泛應用,并在臨床研究中顯示出了極大潛力,但由于編輯過程中存在的非靶向突變以及基因治療的不可逆性,CRISPR/Cas9技術的精確性問題一直是科學界的焦點所在。由于APOBEC能夠在DNA單鏈斷裂修復過程中結合單鏈DNA并造成隨機突變,而單鏈核酸(如單鏈寡聚核苷酸、基因組單鏈DNA)在CRISPR/Cas9引發的DNA修復過程中廣泛存在。因此,評估APOBEC能否在CRISPR/Cas9引發的基因組DNA修復過程中產生突變,對于改進CRISPR/Cas9編輯技術的精確性以及DNA損傷修復等研究都具有重要意義。在該項研究中,研究人員證實了APOBEC能夠作用于單鏈寡聚核苷酸的胞嘧啶位點,并通過CRISPR/Cas9引發的同源重組修復過程,在基因組DNA的同源胞嘧啶位點處產生堿基替換突變。同時,研究人員還發現APOBEC能夠在由Cas9切刻酶引起的基因組DNA單鏈斷裂修復過程中,激活堿基切除修復通路并產生DNA雙鏈斷裂,進而產生非靶向的隨機堿基插入或缺失(insertions/deletions, indels)。基于上述機制研究,研究人員提出了利用雙鏈寡聚核苷酸或雙鏈質粒DNA作為修復模板,抑制內源APOBEC的策略來提高CRISPR/Cas9編輯保真度和精確性的方法。
楊力研究組長期從事計算生物學和組學研究。在此項合作研究中,研究人員利用計算和實驗相結合的方法體系,闡明了APOBEC在CRISPR/Cas9引起的基因組DNA斷裂修復過程中產生突變的分子機制,并據此成功與陳佳研究組合作開發出了增強型的基因組堿基編輯系統(Wang et al.,2017,Cell Research),實現了更高精度和更高效率的堿基編輯。
相關研究成果以APOBEC3 induces mutations during repair of CRISPR-Cas9-generated DNA breaks為題,在線發表于《自然—結構與分子生物學》。該研究得到了科技部、國家自然科學基金委、上海市科學技術委員會、上海科技大學大科研啟動基金的資助。
日前,中國農科院油料所油料作物逆境生物學與抗性改良創新團隊聯合美國東卡羅來納大學,系統總結了植物免組織培養基因編輯領域的前沿研究進展,構建了成熟的技術實施體系,為基因編輯技術在大宗農作物育種中規模化應......
在基因編輯的世界里,傳統的CRISPR-Cas9技術像一把力道剛猛的“分子剪刀”。它能精準地找到出錯的DNA序列,然后“咔嚓”一聲將其剪斷。但問題也隨之而來:這把剪刀在剪斷DNA雙鏈的同時,也常會引發......
繼美國哥倫比亞大學的DieterEgli團隊之后,第二個科研團隊報告稱,利用高精度基因編輯技術改造了人類胚胎DNA。相關論文6月25日發表于《自然》。但多名科研人員表示,該實驗的成功,讓關于胚胎基因編......
近年來,隨著神經生物學、基因編輯、細胞治療、生物標志物、人工智能等前沿技術的突破,CNS領域正迎來新一輪創新浪潮。從KarXT等靶點突破到iPSC衍生細胞治療的臨床進展,從基因療法、小核酸藥物到PRO......
美國得克薩斯大學奧斯汀分校科學家鑒定出一種天然存在的酶——Al3Cas12f。分析結果顯示,該酶體積足夠小巧,可搭載于腺相關病毒載體(目前基因編輯療法的主流遞送工具)之中,順利送入人體內。在此基礎上,......
近日,中國科學院院士、空軍軍醫大學西京醫院肝膽外科主任醫師竇科峰團隊領銜,聯合唐都醫院成功為一名肝衰竭患者實施六基因編輯豬肝臟體外灌注治療。經過66小時持續治療,患者狀況良好,主要肝功能指標顯著改善。......
近日,中國農業科學院農業基因組研究所超級稻種質創新團隊利用多重基因編輯成功改善了野生稻農藝性狀,為現代育種工作提供了新策略。相關研究成果發表在《植物學報(英文版)》(JournalofIntegrat......
科研最開心的時刻,不是論文發表,而是從近三年毫無進展的黑暗中,第一次看到實驗數據顯示編輯效率達到百分之幾十的那一天。“我們花了五年時間,有很多節點都覺得做不下去了,我頭發都掉了好多。”剛剛入職中國農業......
大豆作為糧食與經濟作物,在田間生產常受多種病害侵襲,導致其產量損失。microRNA是植物基因表達調控的核心分子,通過介導靶基因沉默及phasiRNA生成,在生長發育與抗病應答中發揮作用。其中,miR......
美國科研團隊在新一期《自然·生物技術》雜志發表研究成果稱,他們基于逆轉錄酶開發出一種新型基因編輯技術,能夠更精準、更高效地同時修復哺乳動物細胞內的多個致病突變,為開發廣譜基因療法奠定了重要基礎。許多遺......