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称为PRINT的基于RNA的系统可以创建并将位点特异性、安全且稳定的转基因引入人类基因组。只需两个体外转录的RNA,PRINT(代表“精确RNA介导的转基因插入”)即可使用位点特异性引物逆转录将转基因直接合成到基因组的多拷贝安全港位点。这种基于RNA的策略可以减少有害的免疫反应,并防止基因组外DNA的随机基因组插入,用于基因治疗等用途——所有这些都以相对较低的成本和快速、可扩展的生产。
一些使用RNA模板进行新基因合成的非长末端重复(non-LTR)逆转录元件,使用靶标引发的逆转录(TPRT)直接将合成的互补DNA(cDNA)表现出精致的插入位点特异性到基因组中,而无需产生钝双链体末端,易于通过规范的非同源末端连接进行诱变重新连接。
加州大学伯克利分校的共同主要作者XiaozhuZhang和BrianaVanTreeck开发了一种方法,利用编码禽类R2逆转录元件的RNA和经验证长度达4kb的转基因。R2蛋白协同识别靶位点,在精确位置切开一条链,并启动互补DNA合成以实现稳定的转基因插入。
PRINT特异插入由RNA聚合酶(RNAP)转录的多拷贝核糖体RNA(rRNA)基因座(rDNA)内,RNA聚合酶已用于转基因的长期表达。由于靶序列位于每个基因组中存在数百个拷贝的基因中,在人类细胞中,该基因呈串联阵列,构成五个近端着丝粒染色体的短臂,因此细胞功能不会因逆转录元件插入介导的少数几个染色体的失活而受到损害,或者在某些生物体中至少有一半的rDNA单位。
当在培养的人类原代细胞系上使用PRINT时,Zhang和VanTreeck报告说,超过50%的细胞可以获得多个2kb转基因,其中超过50%是全长的。脱靶事件和cDNA合成错误极为罕见,每大约10,000bp仅检测到一个错误,这与RNA和cDNA合成的预期保真度一致。
虽然上述结果构成了基于两种体外转录RNA的递送方法的原理证明,以用所选转基因补充人类基因组,但PRINT开发的关键知识差距和方向仍有待解决。例如,监测和尽量减少对引入的RNA的不良细胞反应至关重要,应在与疾病治疗相关的背景下研究长期转基因持久性,并且研究和理解跨细胞类型(包括非分裂细胞)的PRINT效率是很有趣的。
作者认为,如果PRINT最终发展成为一种基因治疗方法,它将补充而不是取代基于CRISPR-Cas的基因破坏、碱基编辑和序列替换方法,这些方法使用引导RNA带来DNA合成和修复机制到内源基因位点。
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