纯合子人βE-珠蛋白基因转基因鼠系的建立

血红蛋白E(Hb E)是我国常见的异常血红蛋白病,它是由β-珠蛋白基因第26位编码子的G→A点突变引起.因Hb E与β-地中海贫血症状相似,又称之为地中海贫血样综合征;它也常与β-地中海贫血复合存在,危害严重.利用转基因动物技术研究真核基因表达调控已取得重要进展.已发现β-珠蛋白基因簇和α-珠蛋白基因簇上游区的DNase Ⅰ敏感区能明显提高珠蛋白基因的表达水平.其中β-基因簇的HS-2和α-基因簇的HS-40具有典型的增强子作用.     

CRISPR/Cas9基因编辑技术在脑科学中的应用策略

基因编辑是对生物体基因组的目标基因进行精确切割、插入等操作.CRISPR/Cas9技术是基于向导RNA识别DNA靶序列,Cas9蛋白作为核酸酶切割DNA靶点来实现基因编辑.该技术自2012年报道以来已被不断改进,因具有普适、高效、简便等优点,迅速成为现阶段应用最广的基因编辑技术.在脑科学领域,CRISPR/Cas9技术不仅可应用于离体神经细胞,也可以在受精卵期、胚胎期或成年期应用;应用目的涉及脑基因与功能研究、基因敲除/敲入小鼠模型的构建、某些疾病的实验性治疗等.尤其是在一些遗传性疾病如视网膜色素变性、亨廷顿病的动物模型上,CRISPR/Cas9方法已经初步展示了令人鼓舞的治疗效果.未来,该技术将会在精确编辑效率与可控性方面有进一步提升,并可能在脑定向导入方法、脑神经环路解析等专业应用环节获得显著的发展.     

CRISPR/Cas工具的开发和应用

CRISPR/Cas系统是细菌、古菌抵抗外源DNA或RNA入侵的免疫系统,细菌和古菌通过crRNA和Cas蛋白识别靶标DNA或RNA,并切割这些外源入侵核酸.目前, CRISPR/Cas系统已广泛应用于基因编辑领域,多种Cas蛋白的发现扩宽了CRISPR/Cas编辑基因的范围.如Cas9和Cas12可在基因组上靶向插入或删除DNA序列; Cas13和RCas9可靶向切割RNA.另外,多种Cas衍生工具的开发让CRISPR/Cas系统发挥更多的功能.如基因编辑方面,通过base editor可进行DNA单碱基编辑,通过prime editor可进行DNA单碱基编辑和小片段插入缺失;如基因表达调控方面,通过CRISPRa和CRISPRi可以激活或抑制基因RNA表达.同时, CRISPR/Cas系统还广泛应用于功能基因遗传筛选、基因检测、活体成像、细胞谱系示踪等多个领域.随着CRISPR/Cas基因编辑工具的不断开发,将不断促进科学研究进展,并有望通过CRISPR/Cas介导的基因治疗为患者带来福音.     

基因编辑技术何去何从

正各种咨询机构、科技组织和资助机构都十分关注人类基因组编辑,医学及伦理学研究者黛布拉·马修斯(Debra J.H.Mathews)、罗宾·洛弗尔·巴杰(Robin Lovell-Badge)及同行们对此提出了一些需要重点考虑的问题。基因编辑工具CRISPR/Cas9的易用、准确和高效性使其在研究中得到广泛使用,而且在农业和涉及非生殖细胞(体细胞)的基因疗法中也有了初步的应用。CRISPR/Cas9及相关技术也可使用在某些     

多重靶向纳米递送系统为CRISPR/Cas9体内编辑提供输运工具

<正>CRISPR/Cas9系统是近年来发展起来的一组强大的基因编辑工具.CRISPR/Cas9系统可以对哺乳动物细胞进行基因编辑~([1]).CRISPR/Cas9由两部分构成,一部分是可以对DNA序列进行酶切的Cas9内切核酸酶,它可以引起靶标DNA的双链断裂;另一部分为引导RNA(guide RNA,gRNA),它可以特异性识别并结合DNA靶序列.在gRNA     

CRISPR/Cas介导的非转基因植物基因组编辑

CRISPR/Cas介导的基因编辑系统已成为生命科学研究领域不可或缺的工具,在植物基因组编辑方面也应用广泛.传统的CRISPR/Cas编辑系统仍依赖于外源DNA整合于宿主植物的基因组,属于传统转基因的范畴.由于公众对转基因作物安全性的担心,很多国家制定了针对转基因植物的严格监管政策,使相关产品的应用受到了极大的限制.如何在改造植物性状的同时,消除外源基因插入的影响是科学家们要解决的重要问题.近年来,利用CRISPR系统创制DNA-free的植物基因编辑产品的技术应运而生,得到了学术界的高度关注.利用该系统在引发目的基因突变的同时,没有外源DNA片段插入到植物基因组中,因此可有效减低监管风险,推动基因编辑作物的产业化应用推广.本文对目前基于CRISPR/Cas系统进行DNA-free的植物基因编辑的研究进展进行了总结归纳,包括DNA-free基因编辑技术的方法、在植物育种上的应用及前景展望等方面,同时分析了目前该技术所存在的问题并提出改进建议.本文将对这一领域的研究工作提供参考.     

对话周琪:华盛顿共识

正基因编辑技术的飞速发展,特别是近年来CRISPR技术的广泛应用,使得人类拥有了前所未有的改变和修饰基因组的能力.CRISPR技术来源于细菌本身对抗噬菌体的"免疫系统".这项技术利用单链引导RNA(sgRNA)和Cas9蛋白,可以在体内和体外简单、迅速、低成本实现基因编辑.2012年以来,CRISPR技术已经广泛地被全球应用于各个实验室,进行几     

CRISPR/Cas基因组编辑技术及其在农作物品种改良中的应用

CRISPR/Cas是存在于细菌及古细菌中成簇的、规律间隔的短回文重复序列及其核酸酶系统,是细菌和古细菌中破坏噬菌体与外源DNA的免疫防护机制.科学家将该免疫防护机制改造成了简便高效的基因组编辑工具,并在微生物、动物及植物的基因功能解析及改良方面取得了巨大的进展.本文先对基于CRISPR/Cas开发的植物基因组编辑工具,如CRISPR/Cas9、CRISPR/Cas介导的同源重组、胞嘧啶碱基编辑器、腺嘌呤碱基编辑器、双碱基编辑器和引导编辑器等进行介绍,接着详细阐述了在作物分子育种中越来越重要的DNA-free CRISPR/Cas植物基因组编辑技术,然后探讨了CRISPR/Cas基因组编辑技术在提高作物产量和品质、提高作物对生物及非生物逆境抗性、从头驯化及定向改良等方面的应用,分析了CRISPR/Cas植物基因组编辑技术的发展趋势、促进该技术应用的国家政策导向及社会环境,以便更好地促进CRISPR/Cas基因组编辑技术在农作物品种改良中的应用,助推我国种业振兴和藏粮于技战略的实现.     

首次实现对线粒体DNA的基因编辑

正来自细菌体的毒素是这套编辑体系的王牌。CRISPR–Cas9基因编辑对生命科学领域的贡献有目共睹,不过还在蓬勃发展中的它依然有不少难点尚未攻克,"线粒体DNA(mtDNA)编辑"就是其中一个重大难点。很多科研人员试图打破此局面。最近有捷报传来:有人跳出了CRISPR–Cas9的传统框架,借助一种独特的细菌酶实现线粒体中DNA的编辑,2020年7月8日研究成果刊载在《自然》(Nature)杂志上。     

中国人β类珠蛋白基因多态性研究——γ珠蛋白基因中的多态性Hind Ⅲ酶切位点

人类珠蛋白基因多态性作为一种遗传标志,在人类学、遗传学和某些遗传性疾病的预防研究中具有重要的意义。国外自1978年开始发表一些种族群体分析的有关资料,国内在这方面迄今尚无研究报道。我们在研究我国β-地中海贫血(一种遗传病)产前诊断的过程中,首先对中国人β类珠蛋白基因的多态性限制性内切酶酶切位点的分布作了系统的研究。本文首次报告中国人群中γ珠蛋白基因多态性的资料。     

应用DNA体外扩增和寡核苷酸分子杂交技术研究中国人的β-地中海贫血突变类型

β-地中海贫血是我国常见的一种遗传性单基因病。目前世界上已发现60多种不同类型的β-地中海贫血基因,而每一民族和群体具有其特定的突变类型。因此开展对β-地中海贫血突变及其分布的研究对阐明疾病的发生、民族的关系、人群的迁涉以及对β-地中海贫血的防治等均具有十分重要的意义。本文报告用聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)体外DNA扩增法结合寡核苷酸分子杂交技术,鉴定和分析了来     

小鼠β-簇珠蛋白基因LCR调控元件中DNase-I超敏感点Ⅲ(HS3)的研究

人与小鼠β-簇珠蛋白基因在结构与表达模式上存在极大的相似性.基因簇5’上游20kb内是一个Locus control region(LCR)顺式元件,由4个DNase-Ⅰ超敏感区(HSs)组成.相关的研究工作表明LCR对β-簇珠蛋白基因的红系组织专一性表达有重要作用,它的插入或缺失突变将导致基因表达的紊乱,甚至造成严重的贫血症状.近年来,人们对研究LCR调控元件在β-簇珠蛋白基因发育时期特异性表达中的调控机制给予了极大的关注.希望了解LCR元件中不同的HS是否参与β-簇珠蛋白基因的时期特异开关调节.转基因小鼠研究结果表明人LCR元件中HS3可能与发育早期的胚胎型珠蛋白基因的表达调控相关,但近来有关报道表明小鼠的HS3不为β-簇珠蛋白基因的开关所必需,并且仅部分参与了成年型的β-簇珠蛋白基因的调控.因此,HS3是否参与β-簇珠蛋白基因发育时期特异性的调控尚不完全清楚.     

人的DNA指纹

一、引言遗传标志(genetic marker)是任何遗传学分析的基础。一直到70年代末,几乎所有的生化标志(biochemical marker)仅限于蛋白质的多态性(例如,若在血中出现大量的HbA(?)或大量的HbF,则可诊断为β地中海贫血)。随着DNA克隆技术和Southern杂交技术的应用,在基因组DNA水平上直接分析变异性(variability)成为可能.最初通过β珠蛋白基因族中限制性内切酶酶切片段长度变异的分析(例如,经Bam HI限制酶切割后,β~0地中海贫血患者出现含β     

一种新的β地中海贫血突变类型——Cap位点下游4bp(AAAC)缺失

β地中海贫血(简称β地贫)是一种常见的遗传性血液病,由于β珠蛋白基因突变所致.我们在研究中国不同地区β地贫的分子缺陷的机理时,发现了一种新的突变类型,现     

CRISPR-Cas9技术发展史:25年的科学历程

CRISPR-Cas是一种重要的原核生物获得性免疫系统。CRISPR序列可转录并加工为非编码RNA——cr RNA,而Cas利用其DNA核酸外切酶完成RNA介导的靶DNA剪切,从而抵御噬菌体和质粒等DNA的入侵。在这一系统基础上改进并发明目前生命科学领域广泛应用的CRISPR-Cas9基因编辑技术。通过对CRISPR序列发现、结构命名、功能预测、实验证实、机制研究和系统改进等的描述,以期能对CRISPR-Cas9技术的诞生过程有一个全面的了解。     

对话基因编辑

正新科技的公众传播需要科学家、记者和慈善家的倾力相助。詹妮弗·杜德纳是CRISPR/Cas9基因编辑技术的共同发明人。在2015年伦敦举行的TED全球演讲中,她呼吁进行基因编辑的全球对话2014年的一个深夜,加州大学伯克利分校生化学家詹妮弗·杜德纳(Jennifer Doudna)从噩梦中惊醒。正是这个噩梦,让她不再只专注于手中尖端的科学研究,而将注意力投向了更广阔的世界。     

胎儿血红蛋白再生治疗β-血红蛋白病

 β-血红蛋白病是世界上最常见的遗传疾病,该病最初的治疗策略为病毒载体介导的基因治疗,但由于花费昂贵、疗效有限、存在安全隐患等问题进展缓慢。近些年,基因组编辑技术成为开发β-血红蛋白病新型治愈方案的有力工具。文章回顾了胎儿血红蛋白再生策略治疗β-血红蛋白病的最新进展,其中破坏BCL11A红系增强子的方式因其安全、有效、临床价值高而备受青睐。β-血红蛋白病基因治疗策略的下一步发展值得期待,有望完全治愈β-地中海贫血和镰状细胞贫血症这两种遗传性血液病。     

亨廷顿舞蹈病基因敲入猪培育成功

<正>我国科学家领衔的国际研究团队经过4年努力,首次利用基因编辑技术CRISPR/Cas9和体细胞核移植技术(SCNT),成功培育出世界首例亨廷顿舞蹈病基因敲入猪,精准地模拟出了人类神经退行性疾病。"亨廷顿舞蹈病"是由单基因突变导致的神经退行性疾病,是一个理想的疾病模式,也是研究多基因突变病症的基础。老年痴呆、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症等都属于神经退行性疾病。这些疾病由于缺乏合适的动物模型进行药物筛     

反义核酸对β-地中海贫血基因(IVS-2-654 C→T)剪接缺陷抑制作用的研究

β-珠蛋白基因第2个内含子(IVS-2)中第654位核苷酸(nt654)C→T剪接缺陷型突变是中国人最常见的β-地中海贫血(简称β-地贫)突变类型之一.我们先前的研究表明,该突变在IVS-2第654位(nt654)上出现的单碱基取代产生了一个新的 GT二核苷酸,它联同旁侧序列构成了一个5＇异常剪接位点,同时还激活了IVS-2第579位(nt579)处3＇隐匿剪接位点,从而将 IVS-2nt580至 nt652之间一段73bp内含子序列作为额外的外显子插入外显子2和外显子3之间,产生了异常的β-珠蛋白mRNA,导致β~ -地贫.为了探讨反义核酸治疗β-地贫IVS-2-654 C→T突变的可能性,我们应用体外转录和体外剪接系统,以体外转录产生的特异反义RNA封闭IVS-2-654 C→T突变基因中3＇隐匿剪接位点和5＇异常剪接位点,使之失去活性,从而减少异常加工的mRNA并且部分恢复了正常剪接途径.     

用合成的寡核苷酸探针鉴定中国人β地中海贫血基因突变

由于大多数的β地中海贫血(β~T)突变都是点突变,我们可以人工合成对β地中海贫血基因特异的寡核苷酸来直接检测突变基因。本工作通过合成六种与β地中海贫血突变基因同源的及六种与相应的正常基因同源的寡核苷酸,并用这些寡核苷酸作为DNA