南京大学团队:新型基因组编辑系统尚需打磨

2016-10-17 14:36 来源: 生物通
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  基因组编辑是生命科学领域近几年最热门的话题。内切酶经过改造可以成为强大的编辑工具,比如ZFN、TALEN、风头正劲的CRISPR–Cas系统和引起争议的NgAgo技术。不过这些技术都是通过序列识别来实现靶向切割的,会受到序列偏好的限制。

  九月十五日Genome Biology杂志发表了南京大学的一项突破性成果。南京大学医学院附属金陵医院周国华研究员、南京大学模式动物研究所赵庆顺教授和朱敏生教授领导研究团队,将识别3’ flap结构的内切酶FEN1与Fn1剪切结构域融合起来,打造了一种结构引导的DNA编辑工具——SGN。

  这种通过结构而非序列识别的DNA编辑工具一经发布便引起了人们的强烈关注。Genome Biology还同时刊登了Shawn M. Burgess教授为此撰写的评论文章。Burgess教授认为,SGN是一个令人激动的基因编辑新选择,因为SGN非常灵活、简便,并且能删除大片段DNA。(原文:DNA-guided genome editing using structure-guided endonucleases)

  为了深入了解新型基因组编辑系统SGN,生物通有幸与周国华研究员和赵庆顺教授取得联系,向他们请教了大家普遍感兴趣的一些问题。

  现有DNA编辑技术VS SGN

  据赵庆顺教授介绍,已观测到的SGN编辑特点主要包括:DNA向导、结构特异识别和大片段缺失。DNA向导的优势在于可将基因编辑的技术门槛进一步降低,结构特异识别可避开序列特异识别对序列特点要求的限制,而大片段缺失与小的Indel突变相比更有机会让靶向突变的基因成为无效等位基因。

  周国华研究员及其同事已经在论文的附件中列出了SGN的体外反应条件。总的来说,在体外,SGN可在37°C条件下正常工作。在体内,SGN可在斑马鱼胚胎中工作(28.5°C)。赵庆顺教授强调,目前的实验结果(特别是体外实验结果)支持SGN“无偏好的靶向任何序列”,但在体内是否能够实现“完全无偏好的靶标任何序列”尚需更多的实验结果来检验。

  SGN需要什么样的gDNA

  周国华研究员告诉我们,SGN识别的3' flap结构是gDNA与靶序列杂交后形成的,是指gDNA 3'末端有单个碱基与靶序列不互补的双链DNA结构。针对不同靶标设计能形成这种结构的gDNA,就可以引导SGN对靶序列进行切割。

  SGN的gDNA设计起来比较容易。据悉,论文中检测内源性基因编辑所使用的gDNA全长为26个nt,其中前25个nt与目标序列互补,第26个nt(3'侧的第1个nt)与目标识别序列不互补(错配)。这使gDNA与目标识别基因之间形成了可被SGN识别的“3’ flap结构”。

  SGN离完美DNA编辑工具有多远

  在谈到SGN可能存在的脱靶问题时,赵庆顺教授表示:“目前SGN在体内的编辑效率还很低,因而尚无进行脱靶检测。”在未能将效率有效提高之前,SGN离实际应用还有一段距离。因此,SGN暂时还无法与被广泛应用的CRISPR-Cas和TALEN等基因编辑方法相媲美。“本论文的目的在于为现有的基因组编辑工具提供一种可能的备选方法,”赵庆顺教授指出。“我们已经准备好工具质粒,非常欢迎感兴趣的同行加入,共同来优化和完善SGN编辑系统。”

  赵庆顺教授还告诉我们,Burgess教授评论中对SGN编辑效率的描述与他们论文中的描述存在差异。“考虑到PCR和PCR产物亚克隆方法本身存在的偏好性,我们的结果在于提供SGN可在斑马鱼基因组上实现基因编辑的证据,并不一定能被直接用来对基因编辑效率进行定量描述,”赵庆顺教授严谨地说。

  作者简介:

  周国华 1998年5月获清华大学理学博士学位。先后在日本留学5年,从事基因检测新技术的研究。现任南京大学医学院附属金陵医院(南京总医院)药理科主任,研究员,主任药师。中国药科大学、南方医科大学、南京医科大学博士生导师。为江苏省“科教兴卫工程”药学领域唯一的领军人才和创新团队。

  赵庆顺 南京大学遗传学与发育生物教授、博导 1987年7月本科毕业于南京大学,获学士学位;1990年7月硕士研究生毕业于南京大学,获硕士学位;2001年8月博士研究生毕业于普度大学,获博士学位。 1990.7-1992.7 南京大学 生物系 助教;1992.7-1996.7 南京大学 生物科学与技术系 讲师;2001.7-2003.2 杜克大学医学中心分子遗传学和微生物学系 博士后;2002.8-2006.6 南京大学 模式动物研究所 副教授;2006.6-现在 南京大学 模式动物研究所 教授 (2007年4月起聘为博导)

  朱敏生 南京大学遗传学教授、博导。1988年毕业第四军医大学,获硕士学位;1995年毕业于中国科学院上海生物化学研究所,获博士学位;1999-2002年在美国德州大学西南医学中心生理学系博士后。2004年受聘南京大学教授。