基于CRISPR的新型工具可在细胞中的目标位点插入大DNA序列

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基于CRISPR基因编辑系统，麻省理工学院的研究人员设计了一种新工具，可以 以更安全，更有效的方式剪掉有缺陷的基因并用新基因替换它们。

CRISPR-Cas9基因编辑系统由一种称为Cas9的DNA切割酶和一条短RNA链组成，该RNA链将酶引导到基因组的特定区域，指导Cas9在哪里进行切割。当Cas9和靶向疾病基因的引导RNA被递送到细胞中时，基因组中会进行特定的切割，并且细胞的DNA修复过程将切割粘合在一起，通常会删除基因组的一小部分。

如果DNA模板也被递送，细胞可以在修复过程中将校正后的拷贝整合到它们的基因组中。然而，这个过程需要细胞在其DNA中进行双链断裂，这可能导致染色体缺失或重排，这对细胞有害。另一个限制是它只在分裂的细胞中起作用，因为非分裂细胞没有活跃的DNA修复过程。

麻省理工学院的研究小组希望开发一种工具，可以切除有缺陷的基因并用新的基因替换它，而不会诱导任何双链DNA断裂。为了实现这一目标，他们转向了一种称为整合酶的酶家族，噬菌体的病毒可以用它来将自己插入细菌基因组中。

在这项研究中，研究人员专注于丝氨酸整合酶，它可以插入大块DNA，多达50,000个碱基对。这些酶靶向称为附着位点的特定基因组序列，其功能是“着陆垫”。当他们在宿主基因组中找到正确的着陆垫时，它们会与它结合并整合它们的DNA有效载荷。

在过去的研究中，科学家们发现开发这些用于人类治疗的酶具有挑战性，因为着陆垫非常特异性，并且很难重新编程整合酶以靶向其他位点。麻省理工学院的研究小组意识到，将这些酶与插入正确着陆位点的CRISPR-Cas9系统相结合，将能够轻松地重新编程强大的插入系统。

新工具PASTE（通过位点特异性靶向元件进行可编程添加）包括一种Cas9酶，该酶在特定基因组位点切割，由与该位点结合的RNA链引导。这使他们能够靶向基因组中的任何位点以插入着陆位点，该着陆位点包含46个DNA碱基对。这种插入可以在不引入任何双链断裂的情况下完成，方法是首先通过融合的逆转录酶添加一条DNA链，然后添加其互补链。

一旦着陆位点被掺入，整合酶就可以出现并将其更大的DNA有效载荷插入该位点的基因组中。

研究人员也表示：这是实现可编程插入DNA梦想的一大步。

来源：Nature Biotechnology. Drag-and-drop genome insertion of large sequences without double-strand DNA cleavage using CRISPR-directed integrases. https://www.eurekalert.org/news-releases/972035.DOI： 10.1038/s41587-022-01527-4

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