基因组编辑与功能基因组学
编辑中双链断裂修复途径的抉择(DSB repair choice)
一旦编辑工具在选定位点把DNA双螺旋的两条链都剪断,编辑器自身的任务基本就完成了。接下来发生什么——因而你的编辑究竟成了什么——取决于细胞的两大修复途径中哪一条抓住了断端。所以基因组编辑很大程度上归结于这个岔路口,以及把细胞推向你想要那条支路的本领。
第一条、也是更快的途径是非同源末端连接(NHEJ):细胞干脆把两个断端拉回一起黏上,没有任何参照副本可供核对。这很快,却易出错,往往在接口处啃掉或添上几个碱基,留下一小段插入或缺失(「插入缺失」)。如果这个断裂落在某个基因里,这段插入缺失通常会移动阅读框、毁掉该基因——这正是制造干净敲除的办法。第二条途径,同源定向修复(HDR),更慢也更挑剔:它以一段完整的匹配DNA序列为模板照样复制,恢复原状——或者,若你偷偷塞给细胞一段定制模板,就装入你想要的精确改变。NHEJ倾向于破坏,HDR则能建造你所指定之物。
了解这个岔路口,便能解释编辑既便利又令人沮丧的两面。敲除之所以容易,是因为NHEJ始终开着且可靠地致失活。精确编辑之所以困难,是因为HDR大多只在分裂细胞中、于细胞周期一段狭窄的窗口内才活跃,即便如此,竞赛通常仍是NHEJ胜出。现代编辑技术很大一部分就是在扳动这场竞争——把握切割时机、抑制NHEJ、灌入大量模板——或者用碱基编辑、先导编辑彻底绕开断裂。
切开一个基因让NHEJ处理:通常得到一段移码的插入缺失和一个失活的基因(敲除)。切开同一个基因但提供一段匹配模板:HDR则可能改为粘入你确切想要的序列。
同一刀切口,两条修复之路:草率粘合则破坏,照模板复制则建造。
认为实验者直接选择修复途径是一种误解。是细胞在选择,受细胞类型和细胞周期阶段的影响;实验者只能拨动概率——这正是精确编辑仍然效率低下的原因。
又称
另见