基因调控是多细胞生物的重要过程,但识别功能性调控序列和机制可能具有挑战性。在秀丽隐杆线虫中,正向遗传学可以识别破坏生理过程的内源性突变(“等位基因”),从而以无偏见的方式定义功能序列(Brenner 1974;Trent、Wood 和 Horvitz 1988;Desai 等人 1988;Barton、Schedl 和 Kimble 1987)。基于 CRISPR 的基因组编辑可用于测试内源序列的功能和生理作用(Dickinson 和 Goldstein 2016;Vicencio 和 Cerón 2021)。报告基因检测中对非编码 DNA 进行系统性测试(例如“报告基因抨击”)可以识别功能序列,但不能直接检查生理功能(Aamodt、Chung 和 McGhee 1991;Didiano 和 Hobert 2006;Boulin、Etchberger 和 Hobert 2006;Nance 和 Frøkjær-Jensen 2019)。
通过碱基编辑在人类β珠蛋白基因 ( HBB ) 中引入天然存在的 Hb G-Makassar 变异,以消除聚合镰状蛋白 HbS(镰状细胞性贫血的主要分子驱动因素),这代表了治疗这种疾病患者的潜在新模式。虽然临床上正在推进几种用于治疗镰状细胞性贫血的体外基因编辑技术,但这种具有潜在变革性的细胞疗法仍然存在一些挑战,即在自体造血干细胞移植 (HSCT) 之前必须进行基因毒性骨髓清除性预处理。为了解决这个问题,我们开发了一种策略,即将一种与 CD117 结合的单克隆抗体 (mAb) 与多重工程化 HSC (eHSC) 结合,CD117 是 HSPC 上对生存至关重要的关键受体。我们的 eHSC 旨在逃避 mAb 结合并携带 Makassar 治疗性编辑。我们的工程干细胞抗体配对逃避(ESCAPE)策略旨在为当前的预处理方案提供一种非基因毒性的替代方案。
1 弗莱堡大学医学中心输血医学和基因治疗研究所,Breisacherstr. 115, 79106 弗莱堡,德国 2 弗莱堡大学医学中心慢性免疫缺陷中心,Breisacherstr. 115, 79106 弗莱堡,德国 3 弗莱堡大学医学中心免疫缺陷研究所,Breisacherstr. 115,79106 弗莱堡,德国 4 CIBSS-弗莱堡大学综合生物信号研究中心,79106 弗莱堡,德国 5 弗莱堡大学医学院,79106 弗莱堡,德国 6 RESIST-汉诺威医学院卓越集群 2155,弗莱堡卫星中心,弗莱堡,德国 7 DZIF-德国感染研究中心,弗莱堡卫星中心,弗莱堡,德国 * 通讯地址:claudio.mussolino@uniklinik-freiburg.de;电话:+49-761-270-77738
CYP2D6 是一种非常重要的药物基因,因为它负责 20% 至 30% 临床使用药物的代谢或生物活化。然而,尽管它的长度相对较短(只有 4.4 kb),但由于与邻近假基因的高度相似性以及 CYP2D6-CYP2D7 杂交的频繁出现,它是基因分型最困难的药物基因之一。不幸的是,大多数当前的基因分型方法无法正确确定完整的 CYP2D6-CYP2D7 序列。因此,我们开发了一种基因分型检测方法,通过优化无 PCR 纳米孔 Cas9 靶向测序 (nCATS) 方法与自适应测序相结合,并开发了一种新的综合长读基因分型 (CoLoRGen) 流程,以生成复杂区域的完整等位基因特异性共识序列。 CoLoRGen 流程首先生成两个等位基因的一致序列,然后确定大结构变异和小变异,最终分配正确的星号等位基因。在参考样本中,我们的基因分型检测证实了 CYP2D6-CYP2D7 大结构变异、单核苷酸变异 (SNV) 以及小插入和缺失 (INDEL) 的存在,而这些是大多数当前检测无法检测到的。此外,我们的结果提供了直接证据,表明 NA12878 DNA 的 CYP2D6 基因型应更新为包括 CYP2D6-CYP2D7 * 68 杂交和与现有参考相比的几个额外的单核苷酸变异。最终,nCATS-CoLoRGen 基因分型检测还可以通过检测和分期从头突变以及已知的大结构变异和小变异,从而实现更准确的基因功能预测。
简介亨廷顿舞蹈症 (HD) 是由亨廷顿基因 ( HTT) 第一个外显子上的 CAG 三核苷酸重复序列扩增引起的 (1)。CAG 重复序列大于 35 会导致患者出现特征性运动症状,且发病年龄与重复序列长度呈负相关 (2)。总体而言,CAG 重复序列扩增的大小以完全显性方式解释了约 60% 的发病年龄差异 (3),而无法解释的差异与各种基因位点有关 (4, 5)。这表明,亨廷顿舞蹈症的发病率主要由 CAG 重复序列的大小决定,并受其他基因的进一步影响 (5)。尽管亨廷顿舞蹈症的病因已被人们所知 25 多年 (1),但尚未开发出有效的治疗方法,这可能是因为亨廷顿舞蹈症的潜在疾病生物学原理复杂。
摘要 2 型强直性肌营养不良 (DM2) 是由 CNBP 基因中的 CCTG 重复扩增引起的,该扩增包含 75 至 >11,000 个单位,具有广泛的嵌合性,因此对完全扩增的等位基因进行测序具有挑战性。为了克服这些限制,我们使用无 PCR 的 Cas9 介导纳米孔测序在 9 名 DM2 患者的单核苷酸水平上表征了 CNBP 重复扩增。使用此策略可以精确评估正常和扩增等位基因的长度,与传统方法一致,并揭示了嵌合性的程度。我们还对整个 ~50 kbp 的扩增进行了测序,这在 DM2 或任何其他重复扩增疾病中都是前所未有的。我们的方法精确地计算了重复次数并确定了短中断和不间断等位基因的重复模式。有趣的是,在扩增的等位基因中,只有两个 DM2 样本具有预期的纯 CCTG 重复模式,而其他七个样本在 3 ' 端也呈现出 TCTG 阻断,这在 DM2 患者中以前从未报道过,但在此通过正交方法得到证实。所展示的方法同时确定了重复长度、结构/基序和体细胞嵌合程度,有望改善 DM2 的分子诊断并实现更准确的基因型-表型相关性,从而在临床试验中更好地对 DM2 患者进行分层。
1 耶鲁大学医学院免疫生物学系,美国纽黑文;2 耶鲁大学医学院细胞和分子成像中心细胞生物学系,美国纽黑文;3 Celldex Therapeutics,美国纽黑文;4 耶鲁大学医学院 WM Keck 基金会生物技术资源实验室分子生物物理学和生物化学系,美国纽黑文;5 耶鲁大学医学院耶鲁基因组编辑中心内分泌和代谢中心,美国纽黑文;6 耶鲁大学医学院皮肤病学、病理学和免疫生物学系,美国纽黑文;7 福特汉姆大学生物科学系癌症、遗传疾病和基因调控中心,美国布朗克斯;8 哥伦比亚医学中心癌症遗传学研究所神经病学、病理学和细胞生物学系,美国纽约; 9 美国纽约哥伦比亚大学癌症遗传学研究所儿科和病理学与细胞生物学系;10 美国纽黑文耶鲁大学医学院免疫生物学和药理学系;11 美国纽黑文耶鲁大学医学院神经病学和药理学系
(未经同行评审认证)是作者/资助者。保留所有权利。未经许可不得重复使用。此预印本的版权所有者此版本于 2022 年 8 月 23 日发布。;https://doi.org/10.1101/2022.08.22.504807 doi:bioRxiv preprint
摘要:过去几十年来,分子技术的发展(例如高通量 DNA 标记基因分型)提供了更强大的植物育种方法,包括标记辅助选择和基因组选择。同时,以全基因组测序为首的对植物遗传学和基因组学的大量投资使人们对植物基因组中的基因和遗传途径有了更深入的了解。然而,正向遗传学方法(从表型开始绘制突变位点或 QTL,目的是克隆致病基因)与反向遗传学方法(从大规模序列数据开始,然后追溯基因功能)之间仍然存在差距。最近建立的基于 CRISPR-Cas 的高效基因编辑有望弥补这一差距,并提供一种快速方法来验证通过自然变异研究确定的基因和等位基因的功能。CRISPR-Cas 技术可用于敲除单个或多个基因、通过碱基编辑和主要编辑精确修改基因以及替换等位基因。此外,原生质体分离、植物体内转化和发育调控基因的使用等技术有望实现高通量基因编辑,从而加速作物改良。
朊病毒病是一组致命的神经退行性疾病,包括影响鹿科动物且传染性极强的慢性消耗性疾病。鉴于慢性消耗性疾病在北美某些流行地区的患病率超过 30%,并且不能排除最终会传播给其他哺乳动物物种(可能包括人类),因此必须研究除通过狩猎和/或扑杀进行种群管理之外的新控制策略。朊病毒病依赖于 Prnp 基因编码的细胞朊病毒蛋白的翻译后转化为与疾病相关的构象;消除细胞朊病毒蛋白的表达(通常耐受性良好)可完全消除朊病毒病的易感性。受到笼养蚊子物种中基因驱动演示的启发,我们旨在测试基于 CRISPR/Cas9 的基因驱动机制是否原则上可以促进无效 Prnp 等位基因在哺乳动物种群中的传播。首先,我们表明,在 RK13 细胞中,Cas9 和 Prnp 定向向导 RNA 的瞬时共表达会在 Prnp 开放阅读框内产生插入/缺失,表明 Cas9 诱导的双链断裂已通过非同源末端连接进行修复。其次,我们通过 Cas9 诱导的切割后的同源定向修复将约 1.2 kb 的供体 DNA 序列整合到 N2a 细胞的 Prnp 开放阅读框中,并证实整合在大多数情况下都准确发生。第三,我们证明,将 Cas9/向导 RNA 核糖核蛋白复合物电穿孔到受精小鼠卵母细胞中,可产生具有各种 Prnp 开放阅读框中断的幼崽,并在这项研究中获得了新的 Prnp 基因缺失小鼠同源系。然而,在雄性生殖系中获得 Cas9 表达的技术挑战阻碍了在小鼠中实现完整的基因驱动机制。