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    基因組編輯新成員:NgAgo–gDNA

    2016-05-10 17:24 | 作者: 王萍 | 標簽: NgAgo–gDNA

    當CRISPR/Cas9正在醫學、動物及植物基因組編輯大顯身手的時候,一種新的基因編輯技術悄然登場。它同樣能夠廣泛應用于生物技術的各個領域,并瞬間成為了大家關注的焦點。

    2016年5月2日,河北科技大學生物科學與工程學院韓春雨實驗室在《自然生物技術》(nature biotechnology)上發布了其最新研究成果,研究人員從嗜鹽嗜堿桿菌中發現一種新的基因組編輯蛋白(NgAgo),從而建立了一種基因編輯系統(NgAgo–gDNA)。與熱門的基因編輯工具CRISPR/Cas9相比,NgAgo–gDNA系統有其獨有的特點。

    1)切割蛋白體積更小。NgAgo蛋白屬于Argonautes核酸內切酶家族,由887個氨基酸構成,與含有1368個氨基酸的Cas9蛋白相比,只有其2/3大小。在實驗操作上,更加簡便。

    2)定位方式不同。蛋白NgAgo依靠5’磷酸化單鏈DNA(5’-p-ssDNA)進行定位,從而實現對目標DNA序列的切割。而Cas9蛋白則是依靠gRNA進行定位。與gRNA相比, ssDNA在結構上更為簡單,合成也較為方便,用量控制上也要更加容易。此外,5’-p-ssDNA在哺乳動物細胞中幾乎不存在, NgAgo–gDNA系統在細胞中的工作不會受到干擾。

    3)編輯范圍更廣:相較于CRISPR/Cas9,讓人眼前一亮的是,NgAgo-gDNA系統定位時不受限于PAM(protospacer-adjacent motif)位點,從而實現了在更大范圍的基因組中選取編輯目標。

    4)脫靶效率低。NgAgo–gDNA 遵循“one-guide-faithful”原則,即當NgAgo蛋白與guide DNA(5’-p-ssDNA)形成非常穩定的復合體后,在37℃的細胞培養條件下,NgAgo蛋白絕不會與之前結合的5’-p-ssDNA“分手”另覓新歡。另外實驗顯示,5’-p-ssDNA序列單堿基突變即會使編輯效率降低73%-100%。尤其是P8-P11位置的上的堿基突變更會使編輯效率降低85%-100%。5’-p-ssDNA序列上任意3個連續堿基的改變都會導致NgAgo蛋白失去結合目標DNA序列的能力。因此,其脫靶的概率非常低。

    5)切割效率更高:NgAgo在富含GC堿基的位點的切割效率比Cas9更高。因為Cas9系統中的gRNA在高GC含量時比gDNA更易形成二級結構,影響編輯蛋白與目標DNA的結合,導致切割效率降低。

    當然,類似的Argonautes蛋白并不是首次發現,Swarts等(2014)早已從嗜熱細菌中發現了類似的蛋白(TtAgo),但是TtAgo反應需要的溫度要高于65℃,在實際應用中,受到諸多限制。而韓春雨實驗室在其基礎上發現的這種新型NgAgo能在動物細胞(37℃)中成功運用,具備更高的科研和應用價值。尤其是在人類一些遺傳性疾病的基因治療方面、植物和動物基因的精準改造方面,或許會開辟新的道路。

    注:原文發表在2016年5月2日的《自然生物技術》(Nature Biotechnology)雜志上,題目為《DNA-guided genome editing using the Natronobacterium greroryi Argonaute》

    作者:王萍,女,1986年出生,2011年畢業于華中農業大學,碩士研究生?,F工作于中國種子集團有限公司生命科學技術中心,從事植物組織培養相關工作。

    來源:基因農業網

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