中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)在基因敲入供體的優(yōu)化方面獲進(jìn)展

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心、化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院教授梁好均與生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部研究員鮑堅(jiān)強(qiáng)合作，針對(duì)目前基因敲入供體的低效率、高成本等問題，優(yōu)化并提出了一種新型的功能核酸供體，提高了基因敲入的效率。5月22日，相關(guān)研究成果以Efficient precise integration of large DNA sequences with 3'-overhang ds-DNA donors using CRISPR/Cas9為題，通過直投方式發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。

CRISPR技術(shù)改變了我們操縱基因組進(jìn)行研究和基因治療的能力，使用帶有同源臂的外源供體作為模板依賴同源介導(dǎo)修復(fù)（HDR）途徑來精確敲入基因。然而，對(duì)于基因大小的DNA供體模板，HDR途徑較為低效。目前，可采用在ssDNA或dsDNA供體末端引入化學(xué)修飾以增強(qiáng)供體穩(wěn)定性，供體共價(jià)連接到CRISPR系統(tǒng)上提高切割位點(diǎn)局部濃度等方法提高基因敲入效率。然而，這些方法具有操作困難、成本高等問題。亟需進(jìn)一步優(yōu)化基因敲入的供體，以促進(jìn)CRISPR/Cas9介導(dǎo)的基因大小的敲入在生命科學(xué)和臨床治療中的應(yīng)用。

鑒于此，梁好均課題組深入調(diào)研ssDNA和dsDNA作為供體的敲入機(jī)理，結(jié)合課題組在核酸化學(xué)領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，在單個(gè)供體中整合ssDNA和dsDNA的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)并提出了一種具有3'懸突的dsDNA結(jié)構(gòu)（odsDNA），并將其作為供體實(shí)現(xiàn)CRISPR/Cas9介導(dǎo)的大片段基因敲入（LOCK）。

本工作是梁好均課題組繼dsDNA供體5'末端化學(xué)修飾提高基因敲入效率和RNA介導(dǎo)的CRISPR-dCas9轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)之后，在基因編輯方向的又一重大突破。該研究提出了一種經(jīng)濟(jì)普適的方法來制備任意3'懸突長度的ods-DNA供體，利用鏈中帶有連續(xù)五個(gè)硫代磷酸酯（phosphorothioate）修飾的引物通過PCR擴(kuò)增目的基因序列，再通過Lambda核酸外切酶消化處理，得到具有3'懸突的odsDNA。研究通過比較基因大?。?.1kb和2.5kb）的DNA供體的敲入效率，發(fā)現(xiàn)odsDNA顯著提高了靶向精確敲入效率，且與通用的dsDNA供體相比最高可提高4.3倍，同時(shí)在許多哺乳動(dòng)物細(xì)胞跨多個(gè)基因組位點(diǎn)中保持了較低的插入缺失率和脫靶事件。當(dāng)利用3'單鏈懸臂與偶聯(lián)技術(shù)結(jié)合時(shí)，使用odsDNA供體的敲入效率比dsDNA供體提高5.2倍。該LOCK策略在基因敲入中具有優(yōu)勢(shì)，有望在未來取代ssDNA或dsDNA供體，實(shí)現(xiàn)其他策略無法完成的大片段基因敲入。

研究工作得到科學(xué)技術(shù)部和國家自然科學(xué)基金的支持。

（文章來源：中國科學(xué)院網(wǎng)站）