美国科学家应用TALENs技术清除和编辑线粒体内的突变DNA
发布于 2013年8月09日 星期五 13:04

日前,美国迈阿密大学米勒医学院(University of Miami Miller School of Medicine)的研究人员利用TAlENs技术对线粒体内突变进行了编辑。并首次清除了线粒体内的突变DNA,以使得突变的线粒体DNA下降了,这项研究有望用于治疗母系遗传的线粒体病。研究成果发表在《Nature Medicine》上。
美国的研究人员开发出一种新方法来清除线粒体内的突变DNA,从而有望治疗多种线粒体病。据介绍,这也是TALENs技术首次用于线粒体基因的编辑。这项研究成果于8月4日在线发表在《Nature Medicine》上。
线粒体病通常是由突变的线粒体DNA(mtDNA)引起的,在大部分情况下它与野生型mtDNA共同存在,导致mtDNA异质性。常见的线粒体病包括线粒体肌病、线粒体脑病和线粒体脑肌病,如Leber遗传性视神经病(LHON)。这种疾病的主要症状为视神经退行性病变,在男性中较多见。
TALENs清除突变的线粒体基因
在这项研究中,迈阿密大学米勒医学院的研究人员探索了转录激活因子样(TAL)效应物,同时在寻找修复线粒体基因缺陷的新策略。他们尝试了TAL效应物核酸酶(TALENs)这种基因编辑的新方法。
研究人员在实验室中使用细胞来设计线粒体靶向的TALENs(mitoTALENs),来结合并切割线粒体DNA,正是这段基因中的一个突变引起了LHON。他们随后检测了mitoTALENs是否清除了mtDNA。分析结果表明,细胞中总的mtDNA暂时下降,这是由于突变mtDNA的下降。
 文章的通讯作者,神经和细胞生物学教授Carlos T. Moraes博士表示:“一旦mitoTALENs与特定靶点的DNA结合并切割,突变的mtDNA就被降解。总的mtDNA的下降刺激细胞通过复制未受影响的分子来增加其mtDNA。两周之后,mtDNA水平恢复正常。但由于突变的mtDNA被破坏,细胞中大部分为正常的mtDNA。
 Moraes博士提到,清除细胞中的大部分但并非全部突变mtDNA已足以治疗多种线粒体病,因为只有当突变mtDNA占了80%以上时,它才会引起疾病的症状。研究人员计划下一步在动物中检验这种方法。
 TALENs是近年来发展迅速的编辑基因)
TALENs作为一种全新的基因组编辑工具,近年来引起了人们的极大兴趣。与ZFN相比,它更便宜,更高效,脱靶率低。利用这种技术,研究人员已经开发出多种疾病的动物模型,有助于疾病的分子机制研究。
在研发TALENs技术过程中,科研人员发现来自植物病原菌Xanthomonas中的TAL蛋白核酸结合域的氨基酸序列与其靶位点的核酸序列有较恒定的对应关系。利用此恒定对应关系,构建与核酸内切酶的融合蛋白,在特异位点打断目标基因组DNA序列,从而可在该位点进行DNA编辑修饰操作,比如knock-out、knock-in、碱基替换、点突变或者基因修饰等。该技术能识别任意目标基因序列,不受上下游序列影响等问题,因此使得基因操作更加简单方便。

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