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![arxiv：2406.12109v1 [CS.CL] 2024年6月17日](/simg/g:\will\search\icon\source\a\a0852110e08f2258b8ed3e33aa83098394b2b43a.webp)
arxiv：2406.12109v1 [CS.CL] 2024年6月17日
1弗里伊大学柏林，化学与生物化学研究所，蒂埃拉利（Thielallee）63，14195德国柏林2.美国密歇根州底特律5当前隶属关系：堪萨斯大学堪萨斯大学劳伦斯大学药物学系6美国密歇根州立大学，密歇根州立大学，密歇根州立大学妇产科和生殖生物学系，美国密歇根州密歇根州，美国密西根州，美国7.这些作者7同等贡献：用CRISPR-CAS9进行蛋白质标记可以研究其本机环境中蛋白质功能的研究，但受到低同源指导修复（HDR）效率的限制，导致速率低。我们使用含有抗生素耐药性盒的HDR供体质粒提出了一条详细的管道，用于快速选择基因编辑的细胞。我们的协议简化了人类细胞中的n-或c-末端标记，可以在单个克隆步骤中启用HDR供体质粒制备。
使用长ssDNA模板进行同源指导修复的IPS细胞中有效的基因敲击蛋白
CRISPR/CAS技术的常见应用涉及工程基因敲击素，其中DNA序列被取代或插入特定的基因组基因座。In contrast with CRISPR-mediated indels, which result from the error-prone non-homologous end joining (NHEJ) pathway, gene knockins are often engineered via homology-directed repair (HDR), typically through the use of CRISPR reagents (Cas enzyme and guide RNA) in tandem with a DNA template that shares homology with the target site and encodes for the desired modification (Hsu et al., 2014;图1，下面）。用于HDR的模板可以是双链DNA（DSDNA，线性或质粒）或单链DNA（SSDNA），并且最近的发现表明，修复机制取决于使用的模板类型而变化。 dsDNA触发了一种反映减数分裂同源重组（HR）的RAD51依赖性机制，而HDR涉及ssDNA（称为单链模板修复或SSTR）是Rad51独立的，并且需要多个组件，并且需要多个组成部分的Fanconi Anemia Anemia（FA）维修路径（RICHARDARDSON ERATHEWAY（RICHARDARSEN）等。
通过PCR协议形式的基因分型
等位基因描述：使用优化的CRISPR CAS9 KI技术创建了鼠标R565Q模型，该技术利用核糖核蛋白（RNP）在存在带有所需KI的合成单链DNA修复模板的情况下创建了。zygotes被电穿孔，并通过同源性修复（HDR）筛选后后代，以确定正确靶向等位基因的存在。Ki核苷酸破坏了PAM位点（NGG），为4和5 bp，与裂解位点并设计为SSODN，以保护HDR衍生的基因座免受CAS9自动切割。关键后代。
补充材料
图 S2。反式配对切口方法导致人类 HSPC 中的 HDR 效率低下。(A) 使用 CRISPR/Cas9、单切口或反式配对切口方法在 HEK293T 细胞中将 T2A-mCherry 插入人类 B2M 基因座的靶向策略。使用没有 (pDonor) 或有 2 个靶序列 (TS) (pDonor-Nick 2) 的供体质粒。靶向 B2M 的常见 sgRNA 以红色表示。使用所示方法靶向 B2M 基因座六天后，对 mCherry + HEK293T 细胞的百分比进行 FACS 分析。图表总结了通过 FACS 测量的 mCherry + (HDR) HEK293T 细胞的频率。(B) 使用 CRISPR/Cas9、单切口或反式配对切口方法在人类 HSPC 中将 T2A- mCherry 插入人类 B2M 基因座。使用单链 (ss) AAV 和不含 (scAAV) 或含 2 个 TS 的自互补 (sc) AAV (scAAV-Nick 2 ) 作为供体模板。FACS 分析显示靶向三天后 mCherry + HSPC 的频率。条形图显示 HDR (mCherry + ) 效率。数据显示为四次独立实验的平均值 ± SD。
整体和局部操纵 DNA 修复机制以改变造血干细胞中位点特异性基因编辑结果
血液系统的单基因疾病有可能通过体外自体干细胞移植来治疗，移植的是经过基因改造的造血干细胞和祖细胞 (HSPC)。sgRNA/Cas9 系统允许以单核苷酸分辨率精确修改基因组。然而，该系统依赖于内源性细胞 DNA 修复机制来修复 Cas9 诱导的双链断裂 (DSB)，无论是通过非同源末端连接 (NHEJ) 途径还是通过细胞周期调节的同源定向修复 (HDR) 途径。在这里，我们描述了一组异位表达的 DNA 修复因子和 Cas9 变体，评估它们在 HBB 基因座上通过 HDR 促进基因校正或通过 NHEJ 抑制基因破坏的能力。尽管 DNA 修复因子的短暂整体过度表达不会提高原代 HSPC 中基因校正的频率，但通过与 Cas9 蛋白融合将因子定位到 DSB 确实改变了修复结果，朝着微同源介导的末端连接 (MMEJ) 修复（HDR 事件）的方向发展。当可预测的基因编辑结果对于治疗成功至关重要时，这种策略可能很有用。
植物引物编辑器实现水稻细胞的精准基因编辑
基因组编辑正在彻底改变植物研究和作物育种。序列特异性核酸酶 (SSN)，例如锌指核酸酶 (ZFN) 和 TAL 效应核酸酶 (TALEN)，已用于产生位点特异性 DNA 双链断裂并通过促进同源定向修复 (HDR) 实现精确的 DNA 修饰 (Steinert 等人，2016 年；Voytas，2013 年)。后来，RNA 引导的 SSN，例如 CRISPR-Cas9、Cas12a、Cas12b 及其变体，已应用于植物基因组编辑 (Li 等人，2013 年；Nekrasov 等人，2013 年；Tang 等人，2017 年；Zhong 等人，2019 年；Ming 等人，2020 年；Tang 等人，2019 年)。然而，HDR 依赖于 SSN 和 DNA 供体的同时递送，这在植物中一直具有挑战性（ Steinert 等，2016； Zhang 等，2019）。在植物中实现高效 HDR 的另一个挑战是，在大多数细胞类型中，DNA 修复倾向于非同源末端连接（NHEJ）途径而不是 HDR（ Puchta，2005； Qi 等，2013）。与受供体选择和 DNA 修复机制限制的 SSN 诱导的 HDR 不同，近年来开发的胞苷或腺嘌呤碱基编辑器可以在原型间隔物中 3-8 个核苷酸靶向窗口内将 C 转换为 T 或将 A 转换为 G（ Komor 等，2016； Nishida 等，2016； Gaudelli 等，2017）。碱基编辑器虽然效率很高，但只能指导某些转换突变，而不能执行预定的颠换突变或插入和缺失 (indel)。在所有这些背景下，最近在人类细胞中开发所谓的引物编辑器 (PE) 方面取得的突破非常令人兴奋 ( Anzalone 等人，2019 )。在引物编辑中，Cas9H840A 切口酶与逆转录酶融合。融合蛋白在编辑 DNA 链上切口，通过引导到切口 DNA 并复制由引物编辑向导 RNA (pegRNA) 编码的遗传信息来启动逆转录。多功能的 pegRNA 是一种经过修饰的单向导 RNA (sgRNA)，其 3' 端携带逆转录 (RT) 模板和引物结合位点 (PBS) 或序列中的引物。与 HDR 不同，PE 不需要 DNA 供体。在某些目标位点，PE 似乎也比碱基编辑器更精确、更高效（Anzalone 等人，2019 年）。
简讯 通过同源定向修复实现小麦体内精准基因组编辑
通过同源定向修复 (HDR) 进行的基因组编辑 (GE) 可以最大程度地灵活地修改基因组。先前的基因打靶 (GT) 研究表明，将带有供体模板的 Cas9 或 Cas12a 表达盒通过基因枪递送到水稻愈伤组织中，可以使用 HDR 途径在靶位点进行精确替换或插入 (Li et al., 2016 , 2018 , 2019 ; Lu et al., 2020 )。其他研究小组还报告在玉米 (Svitashev et al., 2016 ) 和大麦 (Lawrenson et al., 2021 ) 中成功创建 GT 植物。然而，这些策略仅适用于适合细胞培养和再生的基因型。为了规避与细胞培养和再生相关的限制，我们最近开发了植物内粒子轰击 (iPB) 方法，该方法允许在小麦中进行基因型独立的基因组编辑 (Hamada 等人，2017 年；Liu 等人，2021 年)。iPB 方法利用茎尖分生组织 (SAM)，其中包含注定在花发育过程中发育成生殖细胞的表皮下层 (L2) 细胞。成功将 Cas9 核糖核蛋白 (RNP) 递送到 SAM 可促进基因组编辑的发生，并可遗传给下一代 (Kumagai 等人，2022 年)。由于 SAM 具有细胞分裂活跃的特点，许多细胞处于 HDR 的先决条件 G2/M 阶段，我们假设可以通过 iPB 方法将设计的供体 DNA 与 RNP 一起递送到小麦 SAM 中，实现基于 HDR 的 GT（图 1a）。
genlarni hujayaraga kiritish texnalogiyasi，ho`jayin div div div
遗传是将一个或多个基因与DNA序列相连，该方法传统上是通过结合质粒DNA或病毒载体的载体来完成的。 div>输入传统基因，无法控制输入空间。 div>相反的违约或其调节序列的整合可以激活重要的基因或激活原始基础[1]。 div>任何基因输入或附近任何基因的形成大大提高了通过校正（HDR）引入基因的有效性（HDR）。 div>人类基因化区域中的几个位点表明，遗传上安全的端口可以在没有泄露和其他遗传元素表示的无显着变化的情况下表达。 div>
CRISPR/HDR编辑与慢病毒转导的影响对恒河猕猴中HSPC的长期植入和克隆动力学的影响
复制蛋白A（RPA）是单个链DNA（ssDNA）结合蛋白，可协调各种DNA代谢过程，包括DNA复制，修复和重组。RPA是一种异三聚体蛋白，具有六个功能性寡糖/寡核苷酸（OB）结构域和柔性接头。 灵活性使RPA能够采用多种配置，并被认为可以调节其功能。 在此，使用单分子共焦荧光显微镜与光学镊子和粗粒细粒的分子动力学模拟结合使用，我们研究了在张力下ssDNA上单个RPA分子的扩散迁移。 在3 pn张力和100 mM KCl时，扩散系数D是最高（20,000个核苷酸2 /s），当张力或盐浓度增加时，则显着降低。 我们将张力效应归因于段转移，这受到DNA拉伸和盐效应的阻碍，降低了RPA-SSDNA的结合位点大小和相互作用能量的增加。 我们的综合研究使我们能够估计通过通过RPA上多个结合位点在DNA上的遥远位点的短暂桥接发生的细胞分段转移事件的大小和频率。 有趣的是，RPA三聚芯的删除仍然允许大量的ssDNA结合，尽管降低的接触面积使RPA的移动性增加了15倍。 最后，我们表征了RPA拥挤对RPA迁移的影响。 这些发现揭示了如何重塑高亲和力RPA-SSDNA相互作用以产生访问，这是多个DNA代谢过程中的关键步骤。RPA是一种异三聚体蛋白，具有六个功能性寡糖/寡核苷酸（OB）结构域和柔性接头。灵活性使RPA能够采用多种配置，并被认为可以调节其功能。在此，使用单分子共焦荧光显微镜与光学镊子和粗粒细粒的分子动力学模拟结合使用，我们研究了在张力下ssDNA上单个RPA分子的扩散迁移。在3 pn张力和100 mM KCl时，扩散系数D是最高（20,000个核苷酸2 /s），当张力或盐浓度增加时，则显着降低。我们将张力效应归因于段转移，这受到DNA拉伸和盐效应的阻碍，降低了RPA-SSDNA的结合位点大小和相互作用能量的增加。我们的综合研究使我们能够估计通过通过RPA上多个结合位点在DNA上的遥远位点的短暂桥接发生的细胞分段转移事件的大小和频率。有趣的是，RPA三聚芯的删除仍然允许大量的ssDNA结合，尽管降低的接触面积使RPA的移动性增加了15倍。最后，我们表征了RPA拥挤对RPA迁移的影响。这些发现揭示了如何重塑高亲和力RPA-SSDNA相互作用以产生访问，这是多个DNA代谢过程中的关键步骤。
crispr-cas9
第二种修复机制是通过同源重组（HDR）指导的。 div>不太容易出错，并使用同源DNA模板精确修复破裂（例如，姐妹染色单体）。 div>科学家可以通过将其他DNA修复模板与CAS9-ARN指南复合物一起引入细胞中来操纵该修复系统。 div>电池修复机将被“欺骗”以使用维修模板并通过HDR修复断裂。 div>设计不同的修复模板时，科学家可以更改目标DNA序列并将其变成新的序列。 div>这些模板还可以通过用无突变替换DNA序列来纠正现有突变。 div>