摘要遗传物质的稳定性和完整性对于维持和延续生活至关重要。人类基因组由三十亿对碱基组成,编码30,000-40,000个基因,并不断受到内源性反应性代谢产物,治疗药物和众多影响其完整性的环境诱变药物的攻击。因此,很明显,基因组的稳定性必须在连续监测之下。这是通过DNA修复机制实现的,DNA修复机制已开发出来去除或耐受DNA损伤和误差。在生物体中存在的DNA修复机制中,它们可以分为:i)基础切除修复(BER),ii)核苷酸切除(NER),iii)基本MALPASE(MMR)和IV)DNA修复,通过非同型末端(NHEJ)。对于这些机制正常工作,很明显,负责修复功能的蛋白质之间相互作用的重要性,以及对负责提到的机制的蛋白质正确位置的核进口调节。在负责调节核进口的机制中,由进口异二聚体α/β组成的经典途径是位移的主要机制之一。某些修复蛋白似乎仅与进口α(IMP)的某些同样蛋白相互作用,表明对修复过程的额外调节,但对这些蛋白质的核位置序列(NLS)的识别知之甚少。通过这些结果,阐明了包含NLSS KU80和FEN1的结构。这项工作特别涉及使用晶体学技术与蛋白质相关DNA修复的NLSS肽的IMP复合物的结构复合物的研究。进行了在其N末端部分截断的Musculus印象的表达和纯化,以及与DNA相关蛋白的NLS肽的IMP偶然化,对应于KU80,PMS2和MLH1蛋白质和MLH1蛋白质和BIPARTARTARTARTATTITE序列的单型序列。X射线衍射数据,并以2.1-2.38Å的分辨率进行处理。肽NLS KU80与NHEJ修复有关,与主连接位点上的IMPα相似,类似于SV40 T抗原的NLS(S 1)。已经与ber修复有关的NLS FEN1肽与Sitia S 1和次级位点(S 2)有关,证明是两部分序列。此外,仅具有10种废物的Fen1肽接头区域使与IMPα的联系更好,并且与具有11-12废物的肽的连接相比,与IMPα的连接更扩展,可能更有利的构象。在连接位点上的特定位置被确认为必不可少的,以及在这些区域中保守的残留物,表明这些位点中分子间相互作用的重要性。此信息表明这些蛋白质可以通过IMP-α独立运输到核心,而无需与有关修复的其他蛋白质形成复合物。关键字:进口α,核进口,NLS,射线晶体学-X,KU80,FEN1,PMS2,MLH1。
摘要:基因组编辑是一种利用工程化核酸酶对许多生物体基因组进行精确修改的新兴技术。所有基因组编辑工具都依赖于在目标位点处创建双链断裂 (DSB),然后通过同源定向修复 (HDR) 或非同源末端连接 (NHEJ) 途径进行修复,从而产生所需的遗传修饰。主要的基因组编辑工具包括锌指核酸酶 (ZFN)、转录激活因子样效应核酸酶 (TALEN) 和 CRISPR/Cas9 系统。通过创建精确的基因型修饰,这些工具可以在各种科学领域(尤其是医学、生物研究和生物技术)中创建不同的表型。自 2010 年以来,随着 TALEN 的出现,模式生物的基因组修饰已成为可能。随后,2013 年,CRISP/Cas9 系统开启了基因组编辑研究的新时代,这可谓是生物学的一场革命。此外,在不久的将来,基因组编辑将能够治疗遗传疾病。此外,基因组编辑在生产具有有用特性的不同作物和牲畜方面的前景也十分光明。这些产品被称为非转基因生物 (GMO) 的编辑作物。在这篇综述中,将介绍并简要比较主要的基因组编辑工具。
通过产生突变来调节基因活性对理解蛋白质功能做出了重大贡献。然而,突变分析通常使用过表达研究,其中蛋白质脱离了其正常的环境和化学计量。在目前的研究中,我们试图开发一种方法,同时使用 CRISPR/Cas9 和 Cre-Lox 技术来修改内源性 SAT1 基因,以引入蛋白质的突变形式,同时仍受其天然基因启动子的控制。我们通过转录终止元件克隆了野生型 (WT) SAT1 的 C 末端部分,并在关键结合位点包含点突变的相同版本 SAT1 前面与 LoxP 位点相邻。在 CRISPR/Cas9 诱导的 DNA 双链断裂后,通过非同源末端连接 (NHEJ) 将构建体插入内源性 SAT1 基因座。在确认插入事件不会改变 SAT1 的正常功能后,我们便能够通过引入 Cre 重组酶来评估点突变的影响。因此,该系统能够生成内源性 WT SAT1 可以有条件地修改的细胞,并允许在正常启动子和染色质调节的背景下研究位点特异性突变的功能后果。
在原始文章中,我们不准确地引用了Sun等人的报告。(2019)。作者没有显示出总应用程序蛋白的50%降低,如我们的评论所示。相反,他们表明编辑的应用程序将处理后的C末端片段(CTF)的水平降低了一半,而对总应用程序蛋白的影响没有或最小。对中枢神经系统疾病,阿尔茨海默氏病的基因组编辑进行了纠正,第1段。校正后的段落如下所示。阿尔茨海默氏病(AD)是痴呆症的主要原因,在全球范围内影响了数百万的人(Winblad等,2016; Dos Santos Picanco等,2018)。AD的标志之一是由于淀粉样β(aβ)在大脑中的积累而存在散射的细胞外年龄斑块。aβ是通过淀粉样蛋白前体蛋白(APP)通过β-分泌酶1(BACE1)加工产生的二级代谢产物。另外,可以通过涉及α-分泌酶的非淀粉样蛋白生成途径来处理APP,从而导致神经保护产物的产生(Richter等,2018)。在研究由APP的瑞典突变(APPSW)引起的家族形式的AD的治疗研究中,使用CRISPR介导的NHEJ灭活突变体App(György等,2018)。这可以通过设计靶向单核苷酸多态性(SNP)的SGRNA(基于不匹配的选择性)或PAM(基于PAM的选择性)中的单核苷酸多态性(SNP)。相比之下,Sun和同事使用了非等位基因CRISPR介导的NHEJ策略来将应用程序处理推向非淀粉样蛋白生成途径(Sun等,2019)。györgy及其同事在海马基于不匹配的选择性CRISPR/CAS9系统分为两个AAV9矢量后,在Appsw等位基因中发现了1.3%的Indels(由于AAV矢量的有限≈4.8kb)在TG2576小鼠中(Gyöörgy等)。基于证据表明,删除APP的C末端可以减轻β的产生(Koo and Squazzo,1994),并减少与BACE-1酶的APP相互作用(Das等,2016),作者使用CRISPR使用CRIS来实现C-终端触发应用程序,从而产生了Appsprocessing(Appecte and app)。在这项研究中,WT和杂合的APP-london人IPSC衍生的神经元中的APP截断增加了神经保护性SAPPα的产生,并减少了β40/42和SAPPβ片段的分泌。对于成年小鼠体内研究,CRISPR-APP系统被分为两个AAV9矢量,并传递到WT小鼠大脑的牙齿回旋中。CRISPR-APP的注入可将处理后的C末端片段(CTF)的水平降低一半,而对总应用程序蛋白没有或最小影响。未进行其他体内测试以评估AD背景下的治疗效率(György等,2018; Sun等,2019),但是这些针对APP的C末端部分的治疗策略是感兴趣的,因为其目的是使潜在的病理学特性(β产生)降低了β的生成β的
摘要:类胡萝卜素是一种有价值的色素,天然存在于所有光合植物和微藻以及某些真菌、细菌和古细菌中。绿色微藻形成了复杂的类胡萝卜素结构,适合高效采光和防光,并通过内源性 2-C-甲基-D-赤藓糖醇 4-磷酸 (MEP) 途径的强大功能具有强大的类胡萝卜素生产能力。先前的研究建立了成功的基因组编辑,并诱导了莱茵衣藻细胞类胡萝卜素含量的显著变化。本研究采用定制的类胡萝卜素途径来工程化生物生产有价值的酮类胡萝卜素虾青素。番茄红素 ε-环化酶 (LCYE) 的功能性敲除和基于非同源末端连接 (NHEJ) 的供体 DNA 在靶位点的整合会抑制 α-胡萝卜素的积累,从而抑制莱茵衣藻中丰富的类胡萝卜素叶黄素和氯黄素的积累,而不会改变细胞适应性。基于 PCR 的筛选表明,96 个再生候选系中有 4 个携带供体 DNA 的 (部分) 整合,并且 β-胡萝卜素以及衍生类胡萝卜素含量增加。与亲本菌株 UVM4 相比,Cr BKT、Pa crtB 和 Cr CHYB 的迭代过表达导致突变体 ∆ LCYE#3 (1.8 mg/L) 中的虾青素积累增加了 2.3 倍,这表明基因组编辑在设计用于虾青素生物生产的绿色细胞工厂方面具有潜力。
缩写 8-oxodG 8-氧代-7,8-二氢-2′-脱氧鸟苷 8-oxoGua 8-氧代-7,8-二氢鸟嘌呤 A549 肺泡基底上皮细胞腺癌 AA 花生四烯酸 AhR 芳烃受体 BaP 苯并[a]芘 BEAS-2B 永生化肺上皮细胞 BER 碱基切除修复 CT-DNA 小牛胸腺 DNA CYP 细胞色素 P450 ELISA 酶联免疫吸附试验 EOM 可提取有机物 ETS 环境烟草烟雾 GC/MS 气相色谱/质谱法 HEL 人胚胎肺成纤维细胞 HPLC-MS/MS 高效液相色谱-串联质谱法 IARC 国际癌症研究机构 IsoP 15-F 2t-异前列腺素 IUGR 宫内生长受限 LBW 低出生体重(< 2500 g) LC/GC-MS 液相/气相色谱质谱联用 LPO 脂质过氧化 NER 核苷酸切除修复 NHEJ 非同源末端连接修复 OGG1 8-氧鸟嘌呤 DNA 糖基化酶 PAH 多环芳烃 PBL 外周血淋巴细胞 PGE 2 前列腺素 E2 PM 颗粒物 PTGS 前列腺素内过氧化物合酶 ROS 活性氧 S9 组分 微粒体组分酶 SNP 单核苷酸多态性 UGT UDP-葡萄糖醛酸转移酶 XRCC5 X 射线修复交叉互补 5
摘要 使用改变目标基因组信息的技术进行靶向基因组修饰,已为基础生物学和应用生物学的多项研究做出了贡献。在基因打靶中,使用同源重组将打靶载体整合到靶位点。传统上,携带多个基因突变的小鼠是通过胚胎干细胞中的连续重组和耗时的单基因突变小鼠杂交产生的。然而,这种策略存在几个技术问题。第一个问题是基因打靶的频率极低,这使得获得重组克隆是一项极其耗费人力的任务。第二个问题是可以应用基因打靶的生物材料数量有限。传统的基因打靶几乎不会发生在大多数细胞系中。然而,一种使用设计核酸酶的新方法可以在基因组 DNA 中引入位点特异性双链断裂,提高了受精卵中基因打靶的效率。这种包括 CRISPR-Cas 系统的新方法也扩大了可以应用基因打靶的生物材料的数量。转基因的靶向整合可通过基于同源重组(HR)、微同源介导的末端连接(MMEJ)或非同源末端连接(NHEJ)的策略实现。本文,我们总结了靶基因修饰的各种策略,包括传统基因靶向与设计核酸酶的比较。
基因组编辑技术发展的最终目标是实现任何细胞或生物体中精准的基因组改变。本文我们描述了原生质体系统,该系统利用预组装的 Cas9 核糖核蛋白 (RNP) 复合物在拟南芥、本氏烟、白菜和亚麻荠中实现精准、高效的 DNA 序列改变。Cas9 RNP 介导的双 gRNA 基因破坏在拟南芥原生质体中可达到约 90% 的插入/缺失。为了便于测试任何 Cas9 RNP 设计,我们开发了两个 GFP 报告基因,从而可以灵敏地检测非同源末端连接 (NHEJ) 和同源定向修复 (HDR),编辑效率分别高达 85% 和 50%。当与最佳单链寡脱氧核苷酸 (ssODN) 供体共转染时,RNP 通过 HDR 对 AtALS 基因的精确编辑达到 7%。值得注意的是,预组装引物编辑器 (PE) RNP 介导的精确诱变导致原生质体中 GFP 报告基因回收率为 50%,基因组中特定 AtPDS 突变的编辑频率高达 4.6%。原生质体中 CRISPR RNP 变体的快速、多功能和高效基因编辑为开发、评估和优化基因和基因组操作的新设计和工具提供了宝贵的平台,适用于多种植物物种。
CRISPR(成簇的规律间隔短回文重复序列)的发现彻底改变了我们对遗传机制的理解。1987 年,CRISPR 在大肠杆菌中被发现,其独特的结构(29 个核苷酸重复片段与 32 个核苷酸可变序列交错)激发了研究人员的想象力。随着研究的深入,科学家发现了多种短重复回文序列,长度从 24 到 40 个核苷酸不等,并被 20 到 58 个核苷酸的可变序列所划分。最初人们认为它有助于 DNA 修复和复制子分离,2005 年的一项里程碑式发现表明,重复元件之间的许多序列来自噬菌体和质粒——细菌和古细菌基因组的入侵者。这一发现将 CRISPR 重新定义为能够识别和对抗外来遗传物质的原核免疫系统。 CRISPR/Cas9 系统通过利用高精度核酸酶在特定基因组位置诱导双链断裂,彻底改变了基因编辑。然后通过易错非同源末端连接 (NHEJ) 或无错同源定向修复 (HDR) 等细胞过程修复这些断裂,从而实现精确的基因修饰。此类定向编辑为遗传疾病提供了潜在的治疗方法,并有望用于修饰植物、动物甚至昆虫。由 CRISPR 推动的基因探索时代为生物学进步开辟了前所未有的机遇。在我们探索这一新领域时,必须负责任地使用这些强大的工具,在考虑其伦理影响的同时,接受它们提供的深远可能性。
基因组编辑 (GE) 技术已成为一种多方面的策略,它瞬间普及了改变生物体遗传构成的机制。基于成簇的规律间隔短回文重复序列 (CRISPR) 和 CRISPR 相关 (Cas) 蛋白的基因组编辑 (CRISPR/Cas) 方法具有巨大潜力,可以有效编辑多种生物体的基因组。与巨核酸酶、锌指核酸酶 (ZFN) 和转录激活因子样效应核酸酶 (TALEN) 相比,该框架因其灵活性、多功能性和效力而更经济。序列特异性核酸酶 (SSN) 的出现允许在基因组中精确诱导双链断裂 (DSB),从而确保通过非同源末端连接 (NHEJ) 或同源定向修复 (HDR) 途径实现所需的改变。研究人员已利用 CRISPR/Cas 介导的基因组改造对作物品种进行改造,以产生提高产量、丰富营养品质和抗逆性的理想特性。本文重点介绍了通过基于 CRISPR/Cas 的工具进行基础植物研究和作物遗传改良,在作物营养改良领域取得的最新进展。这种基因组编辑的应用有助于揭示植物的基本生物学事实,并辅以全基因组关联研究、人工智能和各种生物信息学框架,从而提供未来的模型研究及其确认。本文回顾了通过这种现代生物技术方法开发的减少“脱靶”效应和社会对基因组改造作物认可的策略。
