基因组编辑新成员:NgAgo–gDNA

2016-05-10 17:24 | 作者: 王萍 | 标签: NgAgo–gDNA

当CRISPR/Cas9正在医学、动物及植物基因组编辑大显身手的时候,一种新的基因编辑技术悄然登场。它同样能够广泛应用于生物技术的各个领域,并瞬间成为了大家关注的焦点。

2016年5月2日,河北科技大学生物科学与工程学院韩春雨实验室在《自然生物技术》(nature biotechnology)上发布了其最新研究成果,研究人员从嗜盐嗜碱杆菌中发现一种新的基因组编辑蛋白(NgAgo),从而建立了一种基因编辑系统(NgAgo–gDNA)。与热门的基因编辑工具CRISPR/Cas9相比,NgAgo–gDNA系统有其独有的特点。

1)切割蛋白体积更小。NgAgo蛋白属于Argonautes核酸内切酶家族,由887个氨基酸构成,与含有1368个氨基酸的Cas9蛋白相比,只有其2/3大小。在实验操作上,更加简便。

2)定位方式不同。蛋白NgAgo依靠5’磷酸化单链DNA(5’-p-ssDNA)进行定位,从而实现对目标DNA序列的切割。而Cas9蛋白则是依靠gRNA进行定位。与gRNA相比, ssDNA在结构上更为简单,合成也较为方便,用量控制上也要更加容易。此外,5’-p-ssDNA在哺乳动物细胞中几乎不存在, NgAgo–gDNA系统在细胞中的工作不会受到干扰。

3)编辑范围更广:相较于CRISPR/Cas9,让人眼前一亮的是,NgAgo-gDNA系统定位时不受限于PAM(protospacer-adjacent motif)位点,从而实现了在更大范围的基因组中选取编辑目标。

4)脱靶效率低。NgAgo–gDNA 遵循“one-guide-faithful”原则,即当NgAgo蛋白与guide DNA(5’-p-ssDNA)形成非常稳定的复合体后,在37℃的细胞培养条件下,NgAgo蛋白绝不会与之前结合的5’-p-ssDNA“分手”另觅新欢。另外实验显示,5’-p-ssDNA序列单碱基突变即会使编辑效率降低73%-100%。尤其是P8-P11位置的上的碱基突变更会使编辑效率降低85%-100%。5’-p-ssDNA序列上任意3个连续碱基的改变都会导致NgAgo蛋白失去结合目标DNA序列的能力。因此,其脱靶的概率非常低。

5)切割效率更高:NgAgo在富含GC碱基的位点的切割效率比Cas9更高。因为Cas9系统中的gRNA在高GC含量时比gDNA更易形成二级结构,影响编辑蛋白与目标DNA的结合,导致切割效率降低。

当然,类似的Argonautes蛋白并不是首次发现,Swarts等(2014)早已从嗜热细菌中发现了类似的蛋白(TtAgo),但是TtAgo反应需要的温度要高于65℃,在实际应用中,受到诸多限制。而韩春雨实验室在其基础上发现的这种新型NgAgo能在动物细胞(37℃)中成功运用,具备更高的科研和应用价值。尤其是在人类一些遗传性疾病的基因治疗方面、植物和动物基因的精准改造方面,或许会开辟新的道路。

注:原文发表在2016年5月2日的《自然生物技术》(Nature Biotechnology)杂志上,题目为《DNA-guided genome editing using the Natronobacterium greroryi Argonaute》

作者:王萍,女,1986年出生,2011年毕业于华中农业大学,硕士研究生。现工作于中国种子集团有限公司生命科学技术中心,从事植物组织培养相关工作。

来源:基因农业网

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