基因組編輯與功能基因組學

編輯中雙鏈斷裂修復途徑的抉擇(DSB repair choice)

一旦編輯工具在選定位點把DNA雙螺旋的兩條鏈都剪斷,編輯器自身的任務基本就完成了。接下來發生什麼——因而你的編輯究竟成了什麼——取決於細胞的兩大修復途徑中哪一條抓住了斷端。所以基因組編輯很大程度上歸結於這個岔路口,以及把細胞推向你想要那條支路的本領。

第一條、也是更快的途徑是非同源末端連接(NHEJ):細胞乾脆把兩個斷端拉回一起黏上,沒有任何參照副本可供核對。這很快,卻易出錯,往往在接口處啃掉或添上幾個鹼基,留下一小段插入或缺失(「插入缺失」)。如果這個斷裂落在某個基因裡,這段插入缺失通常會移動閱讀框、毀掉該基因——這正是製造乾淨剔除的辦法。第二條途徑,同源定向修復(HDR),更慢也更挑剔:它以一段完整的匹配DNA序列為模板照樣複製,恢復原狀——或者,若你偷偷塞給細胞一段定製模板,就裝入你想要的精確改變。NHEJ傾向於破壞,HDR則能建造你所指定之物。

了解這個岔路口,便能解釋編輯既便利又令人沮喪的兩面。剔除之所以容易,是因為NHEJ始終開著且可靠地致失活。精確編輯之所以困難,是因為HDR大多只在分裂細胞中、於細胞週期一段狹窄的窗口內才活躍,即便如此,競賽通常仍是NHEJ勝出。現代編輯技術很大一部分就是在扳動這場競爭——把握切割時機、抑制NHEJ、灌入大量模板——或者用鹼基編輯、先導編輯徹底繞開斷裂。

切開一個基因讓NHEJ處理:通常得到一段移碼的插入缺失和一個失活的基因(剔除)。切開同一個基因但提供一段匹配模板:HDR則可能改為貼入你確切想要的序列。

同一刀切口,兩條修復之路:草率黏合則破壞,照模板複製則建造。

認為實驗者直接選擇修復途徑是一種誤解。是細胞在選擇,受細胞類型和細胞週期階段的影響;實驗者只能撥動機率——這正是精確編輯仍然效率低下的原因。

又稱
NHEJ versus HDRrepair pathway choice断裂修复途径选择斷裂修復途徑選擇