借助CRISPR技术构建首个人类完全单倍体细胞系

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来自奥地利的一个科学家小组构建出了第一个人类完全的单倍体细胞系——每个细胞均只包含23条染色体的单个副本。为了生成这些细胞，研究人员借助了称作为CRISPR/Cas9的基因编辑技术 .他们的研究结果发布在11月4日的《基因组研究》（Genome Research）杂志上。
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/ B, H( h9 F2 y7 T4 L! E由于缺少第二基因拷贝大大简化了基因失活，人类近单倍体细胞系成为了遗传筛查和基因组工程的重要工具。然而，一直以来缺乏人类完全单倍体细胞系，阻碍了对某些基因的遗传操控。除15号染色体的一个30兆碱基（megabase）的杂合片段外，人类近单倍体细胞系HAP1包含了所有染色体的单个副本。这一大的片段具有330个基因，被整合到了19号染色体的长臂上。) g# k$ f" O  M2 p1 J( q: Z

# k! Y; p; e1 `+ y& ~% V任职于维也纳的一家生物技术公司Haplogen Genomics的Tilmann Burckstummer说：“尽管我们的手边拥有了这种近单倍体细胞系，但它包含的这一15号染色体大片段让我们感到非常困扰。这一片段达到了最小染色体的一半大小，因此是一个相当大的DNA片段。”8 C, ?& b0 n* N! k+ G
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Burckstummer和同事们希望能够除去这一添加在19号染色体中的DNA大片段，使得检测15号染色体上的基因功能变得更加的容易。“利用二倍体细胞开展研究，如果你在一个拷贝的基因中导入突变，它的效应可以被另一个拷贝所掩盖，”Burckstummer说。5 [5 Q. y% {( m( ^) W8 q

5 _$ i* X8 {0 F/ k2 v为了除去这一跨越330个基因，近3000万个碱基对的遗传物质，研究人员转而借助了CRISPR/Cas9技术。他们设计出了一些引物，使得Cas9内切核酸酶靶向这一多余片段的任一末端，随后筛查了生成的细胞系——大约400个不同的克隆，找到了正确删除这一片段的细胞系。两个克隆符合期望的最终产物：生成了没有额外的15号染色体部分的完全单倍体细胞系。
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3 G3 @0 S$ k/ b) R+ CBurckstummer说：对于那些试图阐明基因突变对于人类细胞影响的遗传学家们来说，这些单倍体细胞将很有用处。但这并不只是这篇新论文的唯一收获，它还提供了第一个例子将CRISPR/Cas9系统用于这样大的DNA片段。它能够起作用（即便只是在1%的细胞中），这一事实也意味着科学家们有可能能够利用CRISPR/Cas9来重排或是删除其他的DNA大片段。
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“还没有很多的论文显示以这样的效率来缺失大片段。令人欣慰的是，这些细胞各处均未发生突变。”尽管一些关于CRISPR/Cas9的初期研究发现了这一系统的许多脱靶效应，近期的一些论文中却较少发现这些有害的突变。
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8 B# j0 L2 V/ I* M" k原文摘要：% ]0 M5 X3 E9 W
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Megabase-scale deletion using CRISPR/Cas9 to generate a fully haploid human cell line
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3 ]' U( m7 M$ k3 h, c  t+ uNear-haploid human cell lines are instrumental for genetic screens and genome engineering as gene inactivation is greatly facilitated by the absence of a second gene copy. However, no completely haploid human cell line has been described, hampering the genetic accessibility of a subset of genes. The near-haploid human cell line HAP1 contains a single copy of all chromosomes except for a heterozygous 30-megabase fragment of Chromosome 15. This large fragment encompasses 330 genes and is integrated on the long arm of Chromosome 19* _, O) M7 S* l& ?/ J