Prime assembly:細胞如何在不造成雙股斷裂的情況下組裝大型 DNA 片段

作者: Elena HealthEnergy

Prime assembly:細胞如何在不造成雙股斷裂的情況下組裝大型 DNA 片段-1
也就是說,原理可能會改變:一個突變 → 對一個基因片段的一個修正 → 一個通用構造。

科學家已經有能力編輯 DNA 中的個別「字母」。但要一次替換基因中一大段區域,則困難得多——尤其是在不造成 DNA 雙股斷裂的情況下。

《Nature》期刊上的一項新研究描述了一種名為 prime assembly(引子組裝)的方法,它拓展了 prime editing(引子編輯)的能力,能夠將數千個核苷酸大小的 DNA 片段插入基因體中指定的位置。

該系統會在 DNA 的兩條鏈上製造出短的單股 3′「尾端」。這些尾端的設計使其能與供體片段的兩端吻合。之後,細胞自身的機制便會補齊並連接整個分子。

在原理上,這類似於 Gibson assembly(吉布森組裝)——一種在試管中連接 DNA 片段的方法。只不過在這裡,類似的組裝是直接在活細胞內部進行。

在其中一項實驗中,研究人員操作的是 TINF2 基因,該基因的突變與端粒維持的嚴重障礙有關。他們替換了一段長度為 106 個核苷酸的區域,同時保留了蛋白質的胺基酸序列。在 K562 細胞中,編輯效率達到 33,1%。

作者們還展示了可整合大小達 12,1 千鹼基的供體序列,以及對既有基因體進行大規模重組、甚至達到百萬鹼基規模的可能性。

尤其重要的是,引子組裝不僅在實驗室細胞株中有效,在原代人類 CD34+ 造血細胞和 T 淋巴細胞中同樣有效,包括不分裂的細胞。那裡的效率目前仍明顯較低,但這類編輯本身的事實,就已擴展了該方法的潛在應用範圍。

另一個有趣的構想是不依賴特定突變的療法。與其為每一種突變分別打造工具,不如嘗試一次替換或重新編碼基因中整個有問題的區域。

也就是說,原則可能會改變:一種突變 → 針對一段基因區域的一次修正 → 一種通用的構件。

目前,引子組裝仍是一項實驗性技術。還需要讓它在具治療重要性的細胞中更有效率,並解決如何將各組件直接遞送至體內的難題。

但這個概念本身顯示出基因工程的一項重要轉變:基因體編輯正逐漸從切割 DNA,走向在細胞內對其進行可程式化的組裝。

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來源

  • Targeted genomic integration and rearrangement using prime assembly

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