Cell子刊：定量基因组编辑的脱靶和打靶效应

来源：生物通   发布者：王楠   日期：2015-01-28  

基因编辑是近年来发展起来的可以对基因组完成精确修饰的一种技术，可完成基因定点InDel突变、敲入、多位点同时突变和小片段的删失等。这项革命性的技术可让研究人员精确地改变基因组，从而有着广泛应用，包括基础研究、生物技术和人类基因疗法。与传统的TALEN和ZFN技术相比，CRISPR/Cas9系统更便捷、高效，应用也更广泛，目前该技术成功应用于人类细胞、斑马鱼、小鼠以及细菌的基因组精确修饰。 自从基因组编辑技术引爆科学界热潮以来，就有许多研究小组发现具有脱靶问题。在2013年6月，来自麻省总医院的研究人员发现使用CRISPR-Cas RNA引导性核酸酶的一个重要局限：会在预期靶点以外的位点上生成多余的DNA突变。另有研究直接说明了CRISPR/Cas9存在严重的脱靶性，即该技术可以发生非特异性切割，引起基因组非靶向位点的突变，这样会造成研究结果的不确定性以及研究工作的大量增加，这一问题严重地限制了Cas9的应用。 对于基因组编辑技术脱靶效应的检测，科学家们从来没有停止过探索。在2014年6月，弗吉尼亚大学医学院的研究人员设计出一种方法，可检测风靡科学界的CRISPR/Cas9基因编辑系统中意想不到的副作用，相关研究结果发表在《Nature Biotechnology》，相关阅读：检测CRISPR/Cas9基因编辑系统的副作用。1个月后，中国医学科学院和北京生命科学研究所（NIBS）的研究人员，在《Cell Research》发表的一项研究中，利用一种公正的全基因组ChIP-seq方法，分析了人类基因组中CRISPR/Cas9的结合脱靶效应，相关阅读：NIBS张昱《Cell Res》解析CRISPR/Cas9脱靶效应。新年伊始，美国希望之城贝克曼研究所和浙江大学第一附属医院的研究人员在《Nature Biotechnology》描述了一种新策略，有望帮助科学家检测基因组编辑技术中的脱靶效应。 近年来，虽然科学家精确控制基因组中特异位点变化的能力已经大大增加，但是对于测量内源性基因组位点产生的不同基因组编辑结果，仍然缺乏一组综合、标准的分析。最近，来自斯坦福大学、乔治亚理工学院和埃默里大学的三名科学家在Cell旗下子刊《Trends in Biotechnology》发表题为“Quantifying on- and off-target genome editing”的综述文章。本文通讯作者是斯坦福大学医学院教授、CRISPR Therapeutics公司创始人Matthew Porteus 博士。Porteus博士在博士后工作期间，开始进行基因组编辑方面的研究，他首次发现，可以利用人工核酸酶，通过同源重组通路，对人类细胞基因组进行精确修饰，从而影响特定基因的表达。目前，Porteus博士主要进行遗传性疾病基因组修饰疗法的研究开发。 在2014年10月份，Porteus博士参与的一项研究结果发表在《Nature》杂志，该研究设计了一种新方法，实现了许多从事遗传疾病治疗临床医生的诱人目标：将缺陷基因的功能性拷贝插入到患者的基因组中。随后在11月份，Porteus博士与印第安纳大学、德克萨斯大学的科学家们共同合作，用基因组编辑技术，“编辑”产精成人干细胞的基因组，在实验中他们使小鼠细胞中一个突变基因的DNA双链断裂，然后通过一个称为同源重组（homologous recombination）的过程修复了DNA，以正确的片段取代有缺陷的片段。该研究涉及精原干细胞，它们是精子生产的基础，是向下一代传递遗传信息的唯一成人干细胞。修复细胞中的缺陷，从而可以防止突变被传递给后代。相关研究结果发表在《PLOS ONE》杂志。 在这篇综述当中，研究人员回顾了当前用于量化基因组编辑精准打靶和脱靶效应的分析方法，并描述了它们在推进这一技术发展中的效用。研究人员还强调，量化基因组编辑打靶和脱靶结果的分析方法仍然满足不了当前的研究需要，并讨论了它们在基因组编辑领域中的重要性。

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