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基因组编辑工具新工具:改造Cre重组酶
3 b0 r* o+ R- E, r, l) O2013-10-22 来源:ebiotrade 作者:koo 8 s& E, [2 d) g% j1 T2 F9 p
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ZFN、TALEN 和 CRISPR/Cas 系统是当今十分流行的基因组编辑工具,但它们并不是唯一的选择。位点特异的重组酶也很有用。如今,哈佛大学的研究人员报告了一个重组酶的突变体(Cre),其特异性比野生型的酶要高得多,这一特点对基因治疗应用来说极具吸引力。
; v8 z" M0 ?% j9 {" O F# mNikolai Eroshenko 是哈佛大学工程和应用科学院的研究生。他和他的导师—著名的遗传学家 George Church —在《自然-通讯》上发表了他们的研究成果。
y+ D+ Y+ y9 O& F& {! M! ~Eroshenko 的研究方向是人类基因治疗,也就是用野生型或“正确”的副本来替换突变基因。但是,将这一副本插入基因组却并不容易。研究人员可以使用病毒,但无法控制整合位点。引入双链 DNA 断裂的核酸酶是另一种选择,但它们需要同源重组的修复,这在人类细胞中相当罕见。$ s, E) |/ Y6 Y# t& h. R
Cre 等重组酶在人类细胞中非常高效,也不需要内源的 DNA 修复。为了使用它们,研究人员必须改造重组酶结合位点( loxP )和待插入的 DNA ,剩下的就由酶来完成。一般来说,重组酶过程被认为相当特异。然而,一些证据也表明脱靶效应的可能性。: E8 J6 G, O' L: g# L% D/ r: y4 K: Z
为了提高 Cre 的特异性, Eroshenko 利用数学建模来确定改善蛋白准确性而又不牺牲效率的策略。他发现,针对 Cre 形成二聚体能力(而不是与 DNA 结合)的突变有可能会成功。
& h: ]; I4 ]7 L, X随后 Eroshenko 利用 PCR 突变法来改造蛋白 N 端附近的 α 螺旋,它参与了二聚化,而未参与 DNA 结合。利用双选择策略,他确定了三个突变体,它们全都保留了正确靶定 loxP 位点的能力,但又避开与 loxP 相似的假序列。他在体外以及细菌和哺乳动物细胞内将这些突变体与野生型的 Cre 重组酶进行比较,发现酶的效率稍低,但更加特异。
4 y& ^; e+ ?3 n' S) {, f f在大肠杆菌中,Eroshenko 观察到野生酶的错误率约为 1/10,000 个细胞。“我们有些突变体要高三个数量级或以上。”
2 X9 B+ X6 W) Q9 i. REroshenko 表示他的长期目标是重新改造重组酶,让它靶定 loxP 之外的位点,如人类基因组中已经存在的内源 pseudo- loxP 位点,这样重组酶就可以用于未经修饰的基因组。: k3 c( r+ C T- Q9 Z1 ^0 {9 T
不过,梅约诊所的助理教授 Karl Clark 对此结果表示很惊讶。他本人也在研究基因组编辑工具,包括重组酶 Cre。“我没有听到很多人抱怨 Cre/loxP 是非选择性的,”他说。
' p# m, A& w0 o* b9 L; @Clark 表示,他计划在其实验室中尝试这些新的突变体,看看它们是否在斑马鱼中起作用。他指出,对于许多应用,如转基因应用,利用 Cre 来短暂激活沉默的基因,野生酶的准确性已足够。" [( j' e6 O) n0 p8 p- [) ]6 m
延伸阅读:4 z5 h- j$ k2 {5 u8 |# r$ h
基因组工程学里的三大利器 ——ZFN、TALEN和CRISPR/Cas
. q! Q2 [+ V* H0 g7 w4 b原文检索:- K) B5 x( Y( A! c7 x2 {1 u
Nikolai Eroshenko & George M. Church. Mutants of Cre recombinase with improved accuracy. Nature Communications, 23 September 2013; doi:10.1038/ncomms35097 g1 X; B* M9 n) h) Y
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