基因组编辑与功能基因组学

用于精确编辑的同源定向修复(HDR for precise edits)

假设你想要的不只是把一个基因弄断,而是精确改写它——修好一个致病字母、插入一个标签,或把基因的一个版本换成另一个。草率的末端连接做不到这件事,它只会弄得一团糟。能做到的途径是同源定向修复(HDR),而编辑它意味着递给细胞一份精心写好的模板,并劝它在缝合断裂时照你的模板来复制。

用平实的步骤说,诀窍是这样的。你在想改动之处附近制造一个双链断裂。在递送编辑器的同时,你还送入一段供体DNA,它的两端与断裂两侧的序列匹配——即同源——而它的中段携带着你想要的改变。当HDR启动时,细胞把你的供体当作据以修复的「好副本」:它让匹配的两端配对,照供体中段复制过去,再封上接口。结果就是你设计的序列被无缝装在原本断裂之处。由于匹配的同源臂把它锚定到唯一确切的位置,HDR正是编辑实现真正精确性的途径,也是完成「敲入」——在指定位点添加新序列——的办法。

诚实的难处在于效率。HDR依赖细胞的同源重组机器,而这套机器大多只在分裂中的细胞里、且只在细胞周期的S期和G2期运转;在静息细胞里(恰恰是许多我们最想修复的细胞)它几乎是关着的。所以即便有完美的模板,也只有一小部分细胞接纳了精确编辑,其余的要么得到NHEJ的插入缺失,要么毫无改变。在不分裂细胞中这种低产率,正是研究者开发出碱基编辑和先导编辑的核心原因——它们能在不依赖HDR的情况下做出确定的改变。

为改动一个致病字母,你在附近切割,并提供一段除校正碱基外与该基因完全相同的供体;使用HDR的细胞会把校正过的版本复制进来,在那个确切位置治愈这个突变。

把正确答案递给细胞,HDR就会照着复制到位。

HDR并非随叫随到的精确魔法。在大多数不分裂的细胞里它几乎不起作用,因此这些细胞中的「精确编辑」实际上可能是正确编辑、末端连接插入缺失和未编辑细胞的混合体。

又称
HDR knock-intemplated repair同源定向修复编辑同源修復敲入