靶向核酸酶等高精度基因组编辑工具的发展加速了人类基础医学、动物科学、动物育种以及疾病诊断等领域的进步(Doudna and Charpentier,2014;Kurtz 等,2021;Rieblinger 等,2021;Xie 等,2021)。尤其是被称为 CRISPR 技术的基因组编辑系统自首次报道以来发展迅速(Jinek 等,2012),成为最热门的技术之一。CRISPR/Cas9 技术可精准识别靶序列并实现高效的 DNA 切割,从而完成全基因组范围的基因敲除/敲入(Cong 等,2013;Koike-Yusa 等,2014)。但由于编辑过程中会发生双链断裂(DSB),该技术往往会引入大量不理想的InDel(插入和缺失)突变(Zhao et al.,2019)。随后,人们开发了碱基编辑器(BE),可以利用胞嘧啶脱氨酶或腺苷脱氨酶实现单核苷酸的精准编辑,而不会诱导DSB(Gaudelli et al.,2017;Rees and Liu,2018)。近来,引物编辑器(PE)进一步扩展了基于CRISPR的编辑工具包,可实现所有12种可能的碱基转换和短DNA片段的插入和缺失。该技术融合逆转录酶和Cas9蛋白,以引物编辑向导RNA(pegRNA)为修复模板,实现精准的基因编辑(Anzalone et al.,2019)。在这篇小型评论中,我们总结并讨论了 CRISPR 技术在猪中的最新应用。
精确的序列插入或植物中的替代在技术上具有挑战性,但在农作物育种中至关重要,因为许多农艺性状都受DNA碎片变化的影响。尽管已连续优化了素数(PE)以改善练习剂(Jiang etal。,2022; li etal。,2022a,b; Zong et al。,2022),但对于靶向插入或更换长时间的靶向插入还是不明显的。Similar strategies, twinPE (Anzalone et al ., 2022 ) and GRAND editing (Wang et al ., 2022 ), in which a pairofPEguideRNAs(pegRNAs)arepartially complementarytoeach other in their reverse transcriptase template (RTT) but are not homologous to the genomic sequences, were recently developed to facilitate longer sequence insertion (Figure 1a ).HPPD抑制剂除草剂(例如B-三酮)有效地控制出现的抗性杂草。水稻中的HIS1基因赋予了对三酮除草剂的广谱耐药性,而在Triketone敏感的Indica品种中发现了功能失调的HIS1等位基因(Maeda等,2019)。A genetic survey for 631 Indica varieties commonly used in rice breeding revealed that the 28-bp deletion is widely distributed, including 50.7% 3-line restorers, 40.7% 2-line restorers and 18.1% conventional varieties (Lv et al ., 2021 ), which causes a huge risk for applying HPPD-inhibitor herbicides in Indica rice cultivating area.s1035是一种精英常规的Indica品种,由于HIS1的28 bp缺失,对Triketone敏感。PE和大编辑策略已被测试以插入28 bp
CRISPR/CAS介导的基因组编辑技术已被广泛应用于通过在各种植物物种中产生短插入或缺失(Indel)来创建基因的基因淘汰等位基因。由于同源指导修复(HDR)的低效率和HDR DNA模板的差异,精确的基因组编辑在植物中仍然具有挑战性(Mao等,2019)。最近开发了一种串联重复HDR方法,用于替换水稻的序列,这对单子叶植物最有用(Lu等,2020)。基础编辑器从Cas9 nickase融合与胞嘧啶和腺嘌呤脱氨酶相关的基础编辑器实现了目标的C-T或A-TO-G替换,但仅限于特定类型的碱基替代品和目标位点选择(Mao等人,2019年)。在哺乳动物细胞中开发了一种“搜索和替换”方法,也称为Prime编辑,该方法可以在目标位点上的用户定义的序列变化而无需DSB或DNA修复模板提供(Anzalone等,2019)。几个研究小组已经采用了这种方法用于单子叶植物,包括大米和小麦(Butt等,2020; Hua等,2020; Li等,2020; Lin等,2020; Tang等,2020; 2020; Xu等,2020)。由于尚不清楚的原因,尽管基础编辑在诸如大米之类的单子叶植物中非常有效,但其dicot中的效率在dicots中非常低(Kang等,2018; Mao等,2019)。尚不清楚是否可以将主要编辑用于番茄植物(例如番茄)。在这里,我们报告了通过密码子和发起人优化在番茄中成功采用的主要编辑者。
精确操纵和编辑人类细胞 DNA 序列的能力可以催生出强大的新型基因组药物。全球有数百万人患有遗传性疾病(Korf 等人,2019 年),其根本原因原则上可以通过治疗性 DNA 编辑剂来纠正。虽然传统的基因增强疗法可以通过提供基因的功能性副本来治疗某些常染色体隐性或单倍体不足性疾病,但基因编辑疗法可以直接纠正基因组 DNA 中的致病突变。因此,原则上,基因编辑可以治疗更广泛的遗传疾病,包括常染色体显性遗传病、因基因产物过少或过多而引起的疾病,或其他简单的基因过度表达无法最佳挽救疾病的疾病。即使对于可以通过现有基因增强或基因沉默策略解决的疾病,通过安装突变来增加或减少靶基因表达的基因编辑疗法也可以通过一次性治疗达到相同的效果,从而提供永久治愈的可能性。更广泛地说,即使没有致病突变的个体,患某些主要疾病(如冠心病)的风险也可以通过精确修改靶基因来调节,这使得基因编辑(如果被证明足够安全有效)有朝一日可能用于降低普通人群的疾病风险。治疗性基因编辑的前景促使人们做出巨大努力将基因编辑疗法引入临床。最近的进展包括开发用于哺乳动物细胞基因编辑的强大工具,包括可编程核酸酶、碱基编辑器和引发编辑器(Anzalone 等人,2020 年;Doudna,2020 年;Newby 和 Liu,2021 年)。这些基因编辑剂具有
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阿比林 500 Chestnut St, Suite 1425 Abilene Tower LLC 阿马里洛 2505 Lakeview Dr, Ste 300 Colonnade At Polo Park Venture 阿灵顿 110 W Randol Mill Rd, Suite 110 Randol Oaks, LTD 阿灵顿 1301 S Bowen Rd., Ste. 150 Bowen Road Investments, LLC 奥斯汀 1201 San Jacinto Blvd 州保护委员会 奥斯汀 313 West 12th Street 特拉维斯县 奥斯汀 4405 Springdale Rd, Suites A, B & C Richard Fink 奥斯汀 6400 Hwy 290 East, Suite 200 (Bldg 2) 我们是血缘博蒙特 2615 Calder St, Ste 650 Beaumont Tower Venture, LTD Brownwood 909 Main St Lantec Investment Group, LLC 布莱恩 3608 East 29th Street, Suite 214 KFF Ventures 科珀斯克里斯蒂 4410 Dillon Ln, Suite 44 Commerce II Business Park, LLC 克罗克特 1046 S 4th St 斯坦利 C. Maxwell 达拉斯 3650 N Buckner Blvd, Suite 102 Leverage 3650 Buckner, LP 埃尔帕索 1359 Lomaland Suite 300 Lomaland Center, LLC 沃斯堡 3320 Phoenix Dr Kent Perkins Capital, Inc 沃斯堡 2400 Circle Dr, Suite 200 塔兰特县 加尔维斯顿 4700 Broadway St, Ste. E100 加尔维斯顿住房管理局 加兰 1919 S Shiloh, Suite 420 Leis O'Hana Hui Family Partnership, LTD 盖茨维尔 104 Lutterloh Mary Anzalone 休斯顿 18333 Egret Bay Blvd, Suite 590 富勒顿 Egret Bay Houston, LLC 休斯顿 2636 South Loop W, Suite 525 SLS-South Loop, LLC 休斯顿 3555 Timmons Ln, Ste. 790 休斯顿-加尔维斯顿地区委员会 休斯顿 3311 Richmond Ave, Suite 175 Thomas Wertheim 休斯顿 2900 Woodridge, Ste. 260 SLS-Houston Properties LLC 杰克逊维尔 502 E Pine Berry & Clay Properties, LLC
基因编辑有望通过直接纠正致病变异来最终治愈遗传病。然而,首次临床试验追逐的是“唾手可得的果实”,使用的编辑策略依赖于基因破坏,即通过引入双链 DNA 断裂,导致 NHEJ 通路插入和删除 (indel)。由于 NHEJ 在整个细胞周期和默认 DNA 修复通路中都处于组成性活跃状态,因此与同源定向修复 (HDR) 相比,这是迄今为止最有效的传统基因编辑类型。HDR 依赖于外源修复模板的递送,并且该通路仅在细胞周期的 S 和 G2 期活跃。这两个参数对 HDR 的临床应用构成了挑战,因为外源 DNA 在大多数治疗相关细胞类型中都是有毒的,并且 NHEJ 和 HDR 之间的固有竞争可能成为瓶颈。然而,HDR 的优势在于能够对基因组进行精确编辑,从而代表真正的基因编辑,并可控制结果。尽管如此,在这两种方式中,DNA 断裂都被认为是潜在的基因毒性来源,因为存在脱靶编辑和染色体畸变(如易位和染色体碎裂)的可能性。依赖于 DNA 单链切口的下一代基因编辑工具(如 Base Editing 和 Prime Editing)降低了此类有害事件的风险,但它们可以生成的编辑范围仍然有限(Anzalone 等人,2020 年)。基于 CRISPR 相关转座酶或 CRISPR 指导的整合酶的最新类型的编辑器可以促进更大规模的编辑,但仍在开发中,尚不成熟,无法用于临床实施(Yarnall 等人,2022 年;Tou 等人,2023 年)。这个快速发展的工具箱有望扩大基于 CRISPR 的工具和其他位点特异性工程核酸酶在治疗人类疾病中的应用。然而,在实现精准基因校正的这一过程中,仍存在一些尚未解决的问题和挑战需要克服,其中一些问题我们希望通过基于 CRISPR 系统或其他工程化位点特异性核酸酶的治疗性基因校正策略这一研究课题来解决。本研究课题涵盖了一系列贡献,包括精准基因工程的重大科学进展以及专家对最新进展的看法。
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