基因編輯技術(shù):
巨型核酸酶
巨型核酸酶是一種脫氧核糖核酸內(nèi)切酶伪窖,其特征在于它的識(shí)別位點(diǎn)較大(12至40個(gè)堿基對(duì)的雙鏈DNA序列)堵腹。因此,該位點(diǎn)通常在任何給定的基因組中僅發(fā)生一次。因此彭雾,巨型核酸酶被認(rèn)為是最特異的天然存在的核酸酶。
鋅指核酸酶
鋅指核酸酶是一個(gè)經(jīng)過人工修飾的核酸酶锁保,它通過將一個(gè)鋅指DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域與核酸酶的一個(gè)DNA切割結(jié)構(gòu)域融合而產(chǎn)生薯酝。通過設(shè)計(jì)鋅指結(jié)構(gòu)域就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目的基因的特定DNA序列的靶向切割半沽,這也使得鋅指核酸酶能夠定位于復(fù)雜基因組內(nèi)的獨(dú)特的靶向序列。通過利用內(nèi)源DNA修復(fù)機(jī)制吴菠,鋅指核酸酶可用于精確修飾高等生物的基因組者填。
轉(zhuǎn)錄激活樣效應(yīng)因子核酸酶
TALEN是經(jīng)過基因工程改造后的可以切割特定DNA序列的限制酶。TALEN是通過將一個(gè)TAL效應(yīng)子DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域與核酸酶的一個(gè)DNA切割結(jié)構(gòu)域融合而獲得的橄务。TALENs可以被設(shè)計(jì)成與幾乎任何所需的DNA序列結(jié)合幔托,因此當(dāng)與核酸酶結(jié)合時(shí),DNA可以在特定位置進(jìn)行切割[5] 蜂挪。
成簇規(guī)律間隔短回文重復(fù)
CRISPR-Cas系統(tǒng)是原核免疫系統(tǒng)重挑,賦予原核生物對(duì)如存在于質(zhì)粒和噬菌體中的外來遺傳物質(zhì)的抗性,是一種獲得性免疫系統(tǒng)[6] 棠涮。攜帶間隔序列的RNA有助于Cas(CRISPR相關(guān))蛋白識(shí)別并切割外源致病DNA谬哀。其它RNA指導(dǎo)的Cas蛋白切割外源RNA[7] 。
CRISPR-Cas系統(tǒng)是應(yīng)用最廣泛的基因編輯工具严肪。
DNA甲基化是指在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMTs)的催化下,將甲基基團(tuán)轉(zhuǎn)移到胞嘧啶堿基上的一種修飾方式史煎。它主要發(fā)生在富含雙核苷酸CpG島的區(qū)域,在人類基因組中有近5萬個(gè)CpG島[5]。正常情況下CpG島是以非甲基化形式(活躍形式)存在的驳糯,DNA甲基化可導(dǎo)致基因表達(dá)沉默篇梭。DNMTs的活性異常與疾病有密切的關(guān)系,例如位于染色體上的DNMT3B基因突變可導(dǎo)致ICF綜合征。有報(bào)道[6]表明酝枢,重度女性侵襲性牙周炎的發(fā)生與2條X染色體上TMP1基因去甲基化比例增高有關(guān)恬偷。DNMT基因的過量表達(dá)與精神分裂癥和情緒障礙等精神疾病的發(fā)生也密切相關(guān)。風(fēng)濕性疾病等自身免疫性疾病特別是系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)與DNA甲基化之間關(guān)系已經(jīng)確定[7]帘睦,在SLE病人的T細(xì)胞發(fā)現(xiàn)DNMTs活性降低導(dǎo)致的異常低甲基化袍患。啟動(dòng)子區(qū)的CpG島過度甲基化使抑癌基因沉默,基因組總體甲基化水平降低導(dǎo)致一些在正常情況下受到抑制的基因如癌基因被激活[8],都會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞癌變。
甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)制 甲基化導(dǎo)致某些區(qū)域DNA構(gòu)象變化竣付,從而影響了蛋白質(zhì)與DNA的相互作用诡延,抑制了轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)區(qū)DNA的結(jié)合效率。 對(duì)弱啟動(dòng)子來說古胆,少量甲基化就能使其完全失去轉(zhuǎn)錄活性肆良。當(dāng)這類啟動(dòng)子被增強(qiáng)時(shí),即使不去甲基化也可以恢復(fù)其轉(zhuǎn)錄活性逸绎。甲基化密度較高時(shí)惹恃,即使增強(qiáng)后的啟動(dòng)子仍無轉(zhuǎn)錄活性。 因?yàn)榧谆瘜?duì)轉(zhuǎn)錄的抑制強(qiáng)度與MeCP1(methylCpG-binding protein1)結(jié)合DNA的能力成正相關(guān)桶良,甲基化CpG的密度和啟動(dòng)子強(qiáng)度之間的平衡決定了該啟動(dòng)子是否具有轉(zhuǎn)錄活性座舍。DNA甲基化對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的抑制直接參與了發(fā)育調(diào)控。隨著個(gè)體發(fā)育陨帆,當(dāng)需要某些基因保持"沉默"時(shí)曲秉,它們將迅速被甲基化采蚀,若需要恢復(fù)轉(zhuǎn)錄活性,則去甲基化承二。
I. DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的直接機(jī)制某些轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)內(nèi)含有CpG序列榆鼠,甲基化以后直接影響了蛋白質(zhì)因
乙酰化是指將乙鹾ヰ基轉(zhuǎn)移到氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)上的過程妆够,最常見的是組蛋白乙酰化负蚊。乙跎衩茫基團(tuán)CH3CO-,如下圖
乙跫易保化作用是生物體內(nèi)經(jīng)常進(jìn)行的反應(yīng)之一鸵荠。例如:膽堿乙酰化形成生成乙酰膽堿伤极,葡萄胺乙跤颊遥化生成乙酰葡萄胺。又如脂肪酸的合成哨坪,萜類化合物庸疾、胡蘿卜素、類固醇的合成当编,都必須通過一系列的乙踅齑龋化反應(yīng)。一般通過形成活性乙趿杌基即乙酰輔酶A而實(shí)現(xiàn)拧篮。