河北科技大学Nature子刊:替代Cas9的基因组编辑新技术

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2016年5月4日 来源:生物通

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  来自河北科技大学、浙江大学医学院的研究人员报告称,他们证实可以利用格氏嗜盐碱杆菌(Natronobacterium gregoryi)的Argonaute来实现DNA引导的基因组编辑。这一重要的研究成果发布在5月2日的《自然生物技术》(Nature Biotechnology)杂志上。

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生物通报道  来自河北科技大学、浙江大学医学院的研究人员报告称,他们证实可以利用格氏嗜盐碱杆菌(Natronobacterium gregoryi)的Argonaute来实现DNA引导的基因组编辑。这一重要的研究成果发布在5月2日的《自然生物技术》(Nature Biotechnology)杂志上。

领导这一研究的是河北科技大学生物科学与工程学院生命科学系的韩春雨(Chunyu Han)副教授。其主要研究方向为真核基因表达调控,特别是和肿瘤相关的基因。此外,还有表观遗传相关蛋白,RNA的功能研究,例如,长非编码RNA的功能及其他。

RNA引导的核酸内切酶Cas9是最常用的基因组编辑工具,其利用了RNA-DNA杂合来特异性地切割基因组序列(2015技术展望之基因组编辑 )。尽管研究人员已设法对Cas9系统进行多次改造来提高它的效率和特异性,它对向导序列-靶序列错配的容忍以及向导RNA相对容易形成二级结构限制了Cas9-sgRNA系统的实用性(王皓毅博士:提高CRISPR/Cas9效率和通量的新策略 )。

Argonautes是一个核酸内切酶家族,其利用5′磷酸化的短单链核酸来作为向导切割靶序列。与Cas9相似,Argonautes在基因表达抑制及抵御外源核酸中起关键作用(CRISPR先驱发表最新研究成果 )。然而,Argonautes在许多方面不同于Cas9。Cas9只存在于原核生物中,而Argonautes在进化过程中保守,存在于几乎所有生物体中;尽管大多数的Argonautes结合单链(ss)RNAs,在RNA沉默中起重要作用,一些Argonautes却可以结合ssDNAs并切割靶DNA;正确的Cas9结合要求向导RNA必须有一个3′RNA-RNA杂化结构,而Argonaute结合则不要求特异的一致的向导RNA二级结构;Cas9只可以切割PAM上游的靶序列,而Argonaute不要求靶序列上存在特异的序列。当Argonaute与向导序列结合时,它们可以影响彼此的生物化学特性,并作为一个整体起作用。由于以上这些特征,Argonautes已进化为一个能够执行许多不同任务的大蛋白质家族。

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在这篇Nature Biotechnology文章中作者报告称格氏嗜盐碱杆菌Argonaute (NgAgo)是一种适合用于人类细胞中实现基因组编辑的DNA引导核酸内切酶。NgAgo可结合大约24核苷酸大小的5′磷酸化单链向导DNA (gDNA),有效地生成位点特异性的DNA双链断裂。这一NgAgo–gDNA系统不需要PAM,初步的特征描述表明它对向导序列-靶序列错配低容忍,且能够高效地编辑富含G+C的基因组靶序列。因此,NgAgo–gDNA系统是在哺乳动物细胞中实现基因组编辑的一种精确、有效的工具。

生物通:何嫱)

作者简介:

韩春雨  
河北科技大学生物科学与工程学院生命科学系副教授,硕士研究生导师

教育经历
2000.9—2003.7  中国协和医科大学/中国医学科学院  博士
2000.9—1997.7  中国农业科学院  硕士
1996.9—1992.7  河北师范大学  生物系  学士

主要社会任职:
国际期刊 Molecular cell biology(SCI 4.2) 审稿人

研究方向
真核基因表达调控,特别是和肿瘤相关的基因。此外,还有表观遗传相关蛋白,RNA的功能研究,例如,长非编码RNA的功能及其他。

承担和完成纵横向科研项目情况
1,国家自然科学基金30700143:一个新的alpha-N Catenin 相互作用蛋白的鉴定及此项互作用的功能研究 (主持)34万元 。
2,国家转基因重大专项课题2009ZX08002-005B 抗蚜转基因小麦新品种培育任务一 抗蚜目的基因克隆及高效、特异转化体系的构建、改造及遗传转化 200万元(任务负责人)

生物通推荐原文摘要:

DNA-guided genome editing using the Natronobacterium gregoryi Argonaute

The RNA-guided endonuclease Cas9 has made genome editing a widely accessible technique. Similar to Cas9, endonucleases from the Argonaute protein family also use oligonucleotides as guides to degrade invasive genomes. Here we report that the Natronobacterium gregoryi Argonaute (NgAgo) is a DNA-guided endonuclease suitable for genome editing in human cells. NgAgo binds 5′ phosphorylated single-stranded guide DNA (gDNA) of ~24 nucleotides, efficiently creates site-specific DNA double-strand breaks when loaded with the gDNA. The NgAgo–gDNA system does not require a protospacer-adjacent motif (PAM), as does Cas9, and preliminary characterization suggests a low tolerance to guide–target mismatches and high efficiency in editing (G+C)-rich genomic targets.

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