近日，由日本京都和加拿大蒙特利爾的研究人員開(kāi)發(fā)的一種新的生物信息學(xué)工具MHcut揭示，DNA損傷的自然修復(fù)系統(tǒng)——“微同源性介導(dǎo)的末端連接”，在人類細(xì)胞中發(fā)生的幾率可能比以往人們認(rèn)為的要普遍得多。研究人員使用MHcut和商業(yè)基因組編輯技術(shù)，以極高的精確度在iPS細(xì)胞中創(chuàng)建了突變，從而無(wú)需患者樣本即可對(duì)疾病進(jìn)行建模。因此，即使在患者樣本稀少或無(wú)法獲得的情況下，也將使疾病的研究變得更加容易。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《Nature Communications》雜志上。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)描述了堿基互補(bǔ)配對(duì)的情況。進(jìn)化過(guò)程中我們產(chǎn)生了很多修復(fù)配對(duì)錯(cuò)誤的機(jī)制。其中，兩種最常被研究的機(jī)制分別為非同源末端連接和同源性定向修復(fù)。此外， Knut Woltjen教授實(shí)驗(yàn)室一直在研究第三種鮮為人知的修復(fù)系統(tǒng)，以開(kāi)發(fā)新的基因編輯技術(shù)。

微同源性介導(dǎo)的末端連接[MMEJ]由于其側(cè)翼為長(zhǎng)度較短的相同序列，因此被稱為微同源性。

通過(guò)使用MHcut基因分析工具。JaninGrajcarek發(fā)現(xiàn)人類基因組中所有缺失突變的57％都位于微同源序列（至少三個(gè)堿基對(duì)）的兩側(cè)，這一數(shù)字比預(yù)期大得多。

Grajcarek相信，這些缺失將使人們對(duì)基因組功能產(chǎn)生新的見(jiàn)解。

當(dāng)下流行的基因編輯技術(shù)（例如CRISPR / Cas9）是通過(guò)利用天然DNA修復(fù)系統(tǒng)（例如非同源末端連接，同源性定向修復(fù)和MMEJ）進(jìn)行操作。Woltjen的團(tuán)隊(duì)在較早的工作中表明，MMEJ相比其他系統(tǒng)提供了更高的精度。在MHcut的幫助下，這項(xiàng)新研究向科學(xué)家展示了如何在人類基因組中鑒定通過(guò)MMEJ重建的缺失突變。

為了證明這一點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)室修改了人類iPS細(xì)胞中的三個(gè)基因。

“ DYSF調(diào)節(jié)肌肉修復(fù)過(guò)程，其突變與肌肉營(yíng)養(yǎng)不良有關(guān)。ALAS2和FECH編碼血紅素合成途徑的酶。ALAS2和FECH的突變均引起皮膚光敏性，在某些情況下還引起肝損傷。值得一提的是，目前尚無(wú)可用的ALAS2疾病模型。” Grajcarek解釋說(shuō)。

人為制造突變后，Woltjen研究小組與同事共同努力從iPS細(xì)胞誘導(dǎo)分化形成肌肉細(xì)胞（DYSF突變）和紅細(xì)胞（ALAS2和FECH突變）。結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)基因編輯以及誘導(dǎo)分化的細(xì)胞顯示出與患者體內(nèi)細(xì)胞一致的病征。

作者稱：“目前很多罕見(jiàn)遺傳疾病難以找到足量的患者樣本，我們的研究表明能夠通過(guò)人為編輯的方式得到與患者樣本相似的細(xì)胞樣品，進(jìn)而有利于疾病療法的研究與開(kāi)發(fā)”。

資訊出處：Transforming DNA repair errors intoassets

原始出處：Janin Grajcarek, Jean Monlong, YokoNishinaka-Arai, Michiko Nakamura, Miki Nagai, Shiori Matsuo, David Lougheed,Hidetoshi Sakurai, Megumu K. Saito, Guillaume Bourque, Knut Woltjen.Genome-wide microhomologies enable precise template-free editing ofbiologically relevant deletion mutations. Nature Communications, 2019; 10 (1)DOI: 10.1038/s41467-019-12829-8

（來(lái)源于：dingka 生物谷）