将靶向修饰引入植物基因组的过程涉及三个常见步骤:识别目标DNA序列,诱导断裂和修复。首先,工程核酸酶的序列识别模块重新识别目标DNA序列。接下来,核酸酶与靶DNA序列结合,并创建双链断裂(DSB)或单链断裂。最后,通过内源性DNA修复途径或通过工程机制来修复DNA断裂。主要的DNA修复路径包括非同源末端连接(NHEJ)和同源指导修复(HDR)(Symington and Gautier 2011)。这些途径之间的一个显着差异是,尽管NHEJ是一个容易出错的修复过程,并且通常导致突变引入突变,例如小插入和缺失(Indels),但HDR会导致精确的维修。这些基本原则是当前正在使用的所有基因组编辑技术的基础,工具之间的关键差异
简单的摘要:癌症治疗的合成致死性方法涉及将事件结合起来引起癌细胞死亡。使用这种策略,在治疗同源重组修复(HRR)途径缺陷的卵巢癌的女性方面已经取得了重大进展。由于HRR途径有缺陷,由于基因(例如BRCA1或BRCA2)的突变或表观遗传变化,细胞无法再精确地修复双链断裂(DSB)。利用这种弱点,对修复单链断裂(SSB)的聚(ADP-核糖)聚合酶(PARP)的药理抑制作用会导致HRR有缺陷的细胞中的合成致死性。PARP抑制剂(PARPIS),包括Olaparib,Niraparib和Rucaparib,被批准用于卵巢癌女性的临床管理。理解和克服对PARPIS的抵抗力的问题,扩展了这些策略,以使更多的患者受益,并将PARPI与其他药物(包括免疫疗法)相结合,在当今的领域中是很高的优先事项。
体细胞中双链断裂 (DSB) 的修复主要通过易出错的非同源末端连接完成,较少通过精确的同源定向修复完成,优先使用姐妹染色单体作为模板。在这里,果蝇系统使用同源染色体的完整序列对 DSB 和单链断裂 (SSB) 进行有效的体细胞修复,我们称这一过程为同源染色体模板修复 (HTR)。出乎意料的是,白色位点的 HTR 介导的等位基因转换对 Cas9 衍生的切口酶 D10A 或 H840A 诱导的 SSB 的响应比对完全活性 Cas9 诱导的 DSB 的响应 (20% 到 30%) 更有效 (40% 到 65%)。 Nickase 和 Cas9 引起的修复表型在发展时间(分别为晚期和早期)和不良诱变事件的产生(罕见和频繁)方面均有所不同。Nickase 介导的 HTR 代表了一种高效且出乎意料的等位基因校正机制,在基因编辑领域具有深远的潜在应用。
伊立替康 (IRT) 是选择性拓扑异构酶 1 (Topo1) 抑制剂之一,包括喜树碱、拓扑替康、伊达比星、柔红霉素、阿霉素和依托泊苷。Topo1 是一种酶,可通过诱导暂时的单链断裂来减轻 DNA 中的扭转应变。伊立替康是一种 Topo1 抑制剂,可防止这些断裂重新连接,从而导致 DNA 损伤并最终诱导癌细胞凋亡。这种机制强调了 IRT 在癌症治疗中的治疗效果,特别是在针对快速增殖的细胞方面。尽管 IRT 在 1994 年至 2008 年的约 15 年间是治疗结肠癌的最重要药物之一,但它的医疗用途至今仍在继续 (4)。伊立替康通过其活性代谢物激活 p53 导致人类 HCC 细胞凋亡。伊立替康通过改变基因表达诱导癌细胞凋亡。参与该过程的关键基因包括 p53、BAX/BCL-2、caspases 和 NF- κ B。IRT 对基因表达的影响促进细胞死亡并抑制肿瘤生长。
DNA 单链断裂 (SSB) 会破坏 DNA 复制并诱导染色体断裂。然而,SSB 存在于复制叉后还是复制叉前时会诱导染色体断裂尚不清楚。为了解决这个问题,我们利用了缺乏 PARP 活性或 XRCC 1 的 SSB 修复缺陷人类细胞对胸苷类似物 5 - 氯-2 0 - 脱氧尿苷 (CldU) 的极佳敏感性。我们表明,在这些细胞中与 CldU 一起孵育会导致染色体断裂、姐妹染色单体交换和细胞毒性,其机制取决于尿嘧啶 DNA 糖基化酶 (UNG) 的 S 期活性。重要的是,我们表明,在一个细胞周期中 CldU 的掺入仅在下一个细胞周期中才具有细胞毒性,此时 CldU 存在于模板 DNA 中。与此一致的是,尽管 UNG 既能诱导复制叉后新生链中的 SSB,也能诱导复制叉前的模板链中的 SSB,但只有后者会触发叉塌陷和染色体断裂。最后,我们表明 BRCA 缺陷细胞对 CldU 高度敏感,无论是单独使用还是与 PARP 抑制剂联合使用,这表明 CldU 可能具有临床实用性。
Prime编辑器(PES)可以在真核基因组中进行针对性的精确编辑,包括产生替代,插入和缺失。但是,尚未探索他们的全基因组规范。在这里,我们开发了基于Nickase的Digenome-Seq(Ndigenome-Seq),这是一种体外测定,它使用全基因组测序来识别由CRISPR诱导的单链断裂(群集经常间隔短的短质体重复序列)-CAS9(CAS9)(CAS9)(CRISPR与蛋白9)Nickase。我们使用ndigenome-seq筛选了潜在的基因组宽靶点位点Cas9 H840A Nickase(一种PE成分),该位点针对9个人类基因组部位。Then, using targeted amplicon sequencing of off- target candidates identified by nDigenome-seq, we showed that only five off-target sites showed de- tectable PE-induced modifications in cells, at fre- quencies ranging from 0.1 to 1.9%, suggesting that PEs provide a highly specific method of precise genome editing.我们还发现,通过工程化的Cas9变体(尤其是ESPCAS9和Sniper Cas9)将突变分解为PE,可以进一步改善人类细胞中的PE特异性。
在彗星测定中的摘要中,如果细胞被X X倍化为Genoto XIC剂,则在单细胞凝胶电泳后形成尾巴。these尾巴包括DNA单链断裂(SSB)和双链断裂(DSB)的混合物。ho w e v er,这些两种类型的链断裂无法使用具有Con V en ventionDNA染色的彗星测定方案来区分。由于DSB对单元格是有问题的,因此如果可以在同一彗星中差异化SSB和DSB,则将很有用。为了能够区分SSB和DSB,我们为聚合酶辅助的DNA损伤分析(PADDA)设计了一种协议,可与Flash Comet协议或固定单元格结合使用。通过使用DNA聚合酶I将SSB和末端脱氧核苷酸转移酶标记为具有荧光团标记的核苷酸的DSB。在此,TK6细胞或HACAT细胞暴露于过氧化氢(H 2 O 2),电离辐射(X射线)或DNA切割酶,然后遵循彗星方案,以实施彗星方案。p adda提供了更广泛的检测范围,未发现的DNA链断裂的未发现的未发现。
抽象的可言位置被认为是最常发生的细胞DNA损伤,并且是自发产生的,也是由于化学或辐射对DNA的损害而产生的。与无碱性位点对DNA聚合酶的影响的丰富信息相反,这些病变与RNA聚合酶如何相互作用知之甚少。使用体外转录系统来确定无碱性位点和单链断裂对转板伸长的影响。DNA模板是构建的,其中包含来自两个不同启动子的独特位置放置在独特位置的单个障碍物或划痕,并由SP6和Escherichia coli RNA聚合酶转录。sp6 RNA聚体最初停滞在Abasic部位,随后,这些病变的有效旁路。大肠杆菌RNA聚合酶也绕过了无碱性位点。相比之下,在无碱性位点引起的单链破裂完全阻断了两个RNA聚合酶的进展。全长转录本的序列分析表明,SP6和大肠杆菌RNA聚合酶插入了原始的,即使不是精心抗拒的腺嘌呤残基与无碱性位点相反。这种FMDing表明,在转录水平上,无碱性位点在体内可能是高度诱变的。
摘要:基因治疗是治疗单基因疾病的一种很有前途的治疗策略。虽然第一种方法被称为添加剂,是基于病毒载体的使用,但现在越来越多的人开始转向基因编辑。这是通过新一代核酸内切酶,特别是 CRISPR-Cas9 系统的发展实现的。在 CRISPR-Cas9 系统被鉴定后不到十年,它就使得基因编辑进入临床成为可能。然而,在同一时间范围内,人们对 Cas9 可能引起的基因毒性提出了一些疑问。新兴文献指出目标部位存在基因毒性的风险。这里介绍的论文就属于这个主题。该研究的第一部分旨在描述 Cas9 造成的单个双链断裂所引起的基因毒性。通过监测 HDR/InDels 平衡,在核苷酸水平上表征了这些影响,也在染色体水平上进行了表征。染色体完整性的监测突显了一种尚未表征的新的遗传毒性风险。针对这种风险,我们已经开发出一种灵敏且特异的检测系统,以继续对其进行表征。第二个目标是利用 Cas9 D10A 切口酶独特的单链断裂来开发一种更安全、同样有效的基因编辑方法,解决不良基因毒性引起的局限性。
目前正在研究以聚(ADP-核糖)糖基水解酶 (PARG) 为靶点治疗各种癌症,但我们对导致癌细胞易受这种定制疗法影响的特定遗传弱点了解甚少。此外,识别此类弱点对于靶向 BRCA2;p53 缺陷型肿瘤很有意义,这些肿瘤通过 PARG 表达丧失而获得对聚(ADP-核糖)聚合酶抑制剂 (PARPi) 的耐药性。在这里,通过进行全基因组 CRISPR/Cas9 缺失筛选,我们识别出参与 DNA 修复的各种基因,这些基因对于 PARG;BRCA2;p53 缺陷型细胞的存活至关重要。特别是,我们的研究结果揭示了 EXO1 和 FEN1 是 PARG 缺失的主要合成致死相互作用因子。我们提供了证据表明,在 PARG;BRCA2;p53 缺陷细胞中,复制叉进展、DNA 单链断裂修复和冈崎片段处理受损,这些改变加剧了 EXO1/FEN1 抑制的效果,并在这种情况下变得致命。由于这种敏感性取决于 BRCA2 缺陷,我们建议在失去 PARG 活性的 PARPi 抗性肿瘤中靶向 EXO1/FEN1。此外,EXO1/FEN1 靶向可能是增强 PARG 抑制剂在同源重组缺陷肿瘤中效果的有效策略。