Nature Communications:第二代的锌指核酸酶技术
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    Nature Communications:第二代的锌指核酸酶技术

    更新时间:2019-03-12 09:27:50

    深圳子科生物报道:Sangamo Therapeutics公司的研究人员上周五在《Nature Communications》杂志上发表题为“Diversifying the Structure of Zinc Finger Nucleases for High-Precision Genome Editing”的文章,展示了其第二代的锌指核酸酶ZFN)技术。

    据Sangamo介绍,这些改进使得ZFN的多样性增加到64倍,从而有望对特定基因组位点进行高度精确的编辑。文章的通讯作者Edward J. Rebar博士是Sangamo的高级副总裁兼首席技术官,第一作者是David Paschon博士。

    Paschon博士及其同事通过一系列蛋白质改造工作,开发出新的ZFN结构。这些改造包括颠倒DNA结合结构域和核酸酶结构域的顺序,以及运用新的接头(linker)跳过相邻锌指之间的碱基。通过这种结构多样化的策略,他们试图大幅度提高ZFN的靶向精确度。


    (图片来自原文,红色部分为接头)

    研究人员开发出一系列新接头,能够跳过锌指-锌指以及锌指-FokI切割结构域之间的碱基。他们报道称,这些改造使得ZFN结构的数量增加到64倍,能够实现任意位点的靶向切割。他们还评估了30种新结构,确定其中97%为活性核酸酶。

    “我们的研究表明,我们的接头元件能够与现有的锌指结合,以接近1.0的密度靶向任意基因组片段,也就是说,ZFN能够靶向几乎每一个碱基。同时我们还表明,这些结构改进有望显著提高ZFN的靶向精确度,”研究人员写道。

    让ZFN更有吸引力

    同为基因编辑技术,人们不免将ZFN与CRISPR进行比较。一直以来,人们对ZFN的批评包括与CRISPR相比成本太高、速度太慢,以及开发高质量基因编辑产品的门槛过高。为此,Sangamo一直致力于缩短ZFN的开发周期。

    “这种新结构显著提高了我们的靶向能力,将确保我们能够靶向最佳序列窗口,实现治疗应用。这说明了我们ZFN基因组编辑技术的多功能性,”Rebar博士谈道。

    “在开发治疗用的核酸酶时,关键要求是能够定位临床效果最佳的双链断裂。在许多情况下,这一考虑使得最佳切割目标只能限制在狭窄的窗口。因此,提高靶向精确度一直是人们长期关注的问题,”Rebar补充道。

    此前一个月,Sangamo宣布了利用ZFN技术治疗粘多糖贮积症(MPS)的I/II期临床试验的中期结果。尽管研究证实了疗法的安全性以及关键酶的表达,但没有取得公司期望的效果。

    “它的确在发挥作用,但不足以带来临床受益,”Sangamo的CEO Sandy Macrae说。这些中期结果导致Sangamo的股价大幅下跌,从12.02美元跌至8.31美元,之后才逐渐反弹。

    为人们带来更多选择

    在这项研究中,Sangamo的研究人员表示,他们开发出新的接头,能够将FokI核酸酶结构域与DNA结合锌指结构域的N端连接,而以往只能与锌指结构域的C端连接。据介绍,这种设计产生了三种替代的ZFN二聚体,让设计ZFN时的选择增加到四倍。

    同时,新的接头也允许相邻锌指之间的碱基跳跃。这样,经过改造的锌指就能够与部分移位的DNA序列相结合,同时保留相同的切割位点。如此一来,人们的设计选择又增加到16倍。

    “将这两项改进纳入我们的ZFN平台,使得在任何目标位点进行有效基因组编辑的ZFN设计选项增加到64倍,”研究人员报告称。他们表示,这些新型结构在三种治疗应用中表现出出色的效率、精确度和特异性。

    未来,这种接头也有望应用在TALENs、FokI-dCas9和Cas9等碱基编辑器中,以改善这些系统的性能。

    原文检索

    Diversifying the structure of zinc finger nucleases for high-precision genome editing

    Nature Communications 10, Article number: 1133 (2019)

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