中科院学者Cell Res获CRISPR/Cas9 技术重要进展
来自中科院神经科学研究所，苏州非人灵长类研究平台等处的研究人员发表了题为“Homology-mediated end joining-based targeted integration using CRISPR/Cas9”的文章，设计了一种以同源臂介导的末端接合（Homology-Mediated End Joining, HMEJ）为基础的基因敲入策略，它在很多种系统（体外培养的细胞、动物胚胎和体内组织）中比现有的基因敲入策略的效率都要高。基于更高效的编辑效率和更好的精确度，HMEJ介导的基因敲入方法为一系列应用，包括基因编辑动物模型的建立、疾病的靶向基因治疗等提供了非常大的应用前景。
这一研究成果公布在Cell Research杂志上，由中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心杨辉研究组、基因编辑平台施霖宇团队与苏州非人灵长类研究平台孙强团队合作完成。
常用的同源重组（HR）策略介导的基因靶向整合在动物胚胎和组织中效率低下。而且NHEJ介导的修复系统会导致随机方向的整合，以及在接合处引入各种形式的插入、删除或突变，使得这种方法难以通过同框整合的方式形成内外源融合基因以形成嵌合蛋白。即使是之前报道的MMEJ策略，也只能在某些系统内提高效率。因此，研究者们试图探究是否存在一种在多个系统内都可以有更高效的编辑效率和更好的精确度的基因靶向整合策略。
在这篇文章中，研究团队基于CRISPR/Cas9系统，设计了一种新的以HMEJ为基础的靶向精确整合策略，即利用带有单个向导RNA（sgRNA）靶向位点和长同源臂（约800bp）的供体载体来实现高效的精确整合。
为了验证这一想法，研究团队构建了四种类型的供体载体来比较敲入效率：HMEJ供体（sgRNA靶向位置序列加在800bp长度的同源臂两端）、HR供体（只有800bp长度的同源臂）、NHEJ供体（只有sgRNA靶向位置序列）以及MMEJ供体（sgRNA靶向位置序列加在20bp的微同源臂两端）。然后将这四种系统分别在体外培养的细胞系、小鼠和猴胚胎以及成体组织上进行效率比较。
研究者发现在体外培养的小鼠ES细胞和N2a细胞中，HMEJ为基础的定向整合效率与HR方法相比较并无显著提高。然而，在原代星形胶质细胞和神经元细胞中，HMEJ方法具有很高的DNA敲入效率。更重要的是，在小鼠和猴子胚胎中展现了非常强大的基因敲入能力。此外，通过尾静脉水动力注射法感染成体小鼠的肝细胞，发现HMEJ介导的基因敲入效率远高于以HR、NHEJ和MMEJ为基础的策略。采用AAV定点注射感染小鼠的视皮层区（V1），结果显示HMEJ介导的在成体非分裂的成熟神经元中靶向整合效率可以达到50%左右。最后，研究者对HMEJ介导的基因靶向整合的机制进行了探讨。
这项工作建立了一种新的基于HMEJ的靶向精确整合策略，即利用带有单个向导RNA（sgRNA）靶向位点和长同源臂（约800bp）的供体载体来实现高效的精确整合。HMEJ介导的基因敲入方法拥有更高效的编辑效率和更好的精确度，为包括基因编辑动物模型的建立和疾病的靶向基因治疗等应用提供了非常大的前景。
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