Genome Editing: A Comprehensive Treatise

出版：Alpha Science International Ltd.

索书号：Q78/M634/2019/Y

ISBN: 978-1-78332-396-8

藏书地点：武大外教中心

1994年，Pfeiffer等发现了一种细胞DNA修复机制——非同源重组末端连接(Non-homologous end-joining, NHEJ)，并且NHEJ被后续证实可在哺乳动物细胞和酵母细胞中发生。然而NHEJ虽然可以发生在细胞周期的任何阶段，但是通常会发生错配。1996年，Jasin等利用独特的核酸内切酶实现了基因双链断裂(Double-stranded break, DSB)，发现哺乳动物细胞还可通过同源重组的方式(Homology directed repair, HDR)实现自身基因的修复。HDR一般发生在细胞S阶段后期或G2阶段，即RNA转录、蛋白翻译阶段，此时姐妹染色单体作为修复模板链。伴随这两个主要修复机制的发现，基因编辑技术研究热潮来临，基因编辑技术得到飞速发展，目前最新技术已从敲除单核苷酸演变至插入一段基因片段来实现染色体某段区域的功能丧失，以确保精准有效地敲除哺乳动物细胞基因组。本书详细介绍了基因编辑技术发展史中最为重要的几种基因编辑技术，包括其原理、优缺点及其在宿主细胞改造中的相关应用。

锌指核酸内切酶技术(ZFN)作为第一代基因编辑技术主要由锌指蛋白(Zinc finger protein, ZFP)结构域和Fok1切割结构域这两部分组成。其中，ZFP能够识别并结合特异的目的DNA序列，Fok 1则可通过二聚体化的形式产生核酸内切酶活性，切割目的DNA产生双链断裂(DSB)，每个ZFP识别三联体DNA序列，串联ZFP可识别并结合更长的核酸序列， 3个ZFP通常可识别9~ 18 bp的基因片段。ZFN的特异性取决于ZFP，因而筛选高质量的ZFP是获得高特异性ZFN的关键。

转录激活因子样效应蛋白核酸酶(Transcription activa-tor-like effector nucleases, TALEN)技术。研究表明，植物致病菌独有的转录激活样效应因子蛋白(TALEs)同样具有识别DNA并与其结合的能力，命名该蛋白为TALE单元。10 ~30个TALE单元可通过任意排序组合来识别并结合长链DNA，每个TALE单元由34个氨基酸组成，其中32个氨基酸为高度保守氨基酸，只有第12位和13位氨基酸是可变化的，能特异性识别并结合碱基序列，因此这两个氨基酸被称为重复变异双残基(Repeat variant diresidue, RVD)，TALE以一种螺旋-转角-螺旋的方式结合到DNA上，其中第12位氨基酸主要起稳定RVD环的功能，只有第13位氨基酸真正识别特定碱基，TALEs中第12、13位氨基酸组合(天冬酰胺-天冬酰胺-NN)、(组氨酸-天冬氨酸-HD)、 (天冬酰胺-异亮氨酸-NI)、 (天冬酰胺-甘氨酸-NG)可分别高效特异性识别G、C、A、T碱基。TALEN的第二个组成部分是与ZFN技术组成相同的核酸内切酶Fok 1，可通过二聚化Fok 1对DNA双链进行切割。TALEN技术的工作原理和ZFN类似，但是由于TALE结构域可识别单个碱基(ZFP识别三联体碱基)，意味着TALEN比ZFN更容易设计、特异性更高，被称为第二代基因编辑技术。

规律成簇间隔短回文重复序列(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats，CRISPR)技术是一种来源于细菌降解入侵外源DNA的免疫机制。该系统的原理为，当外源DNA首次入侵细菌后，其中某段基因被整合到细菌基因组的回文重复序列中，而细菌则通过此种方式记录入侵的外源DNA片段，当外源DNA再次入侵时，含有其基因片段的回文重复序列转录成preRNA(前体CRISPR RNA)，其后preRNA被切断形成成熟的crRNA(CRISPR-derived RNA)， crRNAs与Cas蛋白形成效应因子，通过碱基互补配对识别入侵的外源基因，对所识别的核苷酸位点进行专一性切割，从而阻止外源基因的传播与扩散来自于酿脓链球菌的CRISPR-Cas9系统应用最为广泛，包括核酸酶Cas9蛋白和tracrRNA/crRNA复合物。crRNA (CRISR-derived RNA)与tracrRNA (trans-activating RNA)通过碱基互补配对形成tracrRNA/crRNA复合物，此复合物可诱导Cas9蛋白在与CrRNA配对的序列(前间隔序列)靶位点催化DNA双链断裂。而通过人工设计这两种RNA，可以改造形成具有诱导作用的gRNA(guide RNA)，同样可以诱使核酸酶Cas9蛋白对DNA的定点切割。其切割位点位于crRNA互补序列下游附近的“前间隔序列临近序列”(Protospacer adjacent motif， PAM)区，该序列非常保守，为5'-NGG-3'(N为任意碱基)。

《基因组编辑：一篇综合性专著》一书于2019年由Alpha Science International Ltd.出版，作者为Gurbachan S. Miglani。

《基因组编辑：一篇综合性专著》一书，作者展现了基因组编辑研究领域中的一些最新研究，讨论的主题主要包括基因编辑中DNA修复机制等基础概念的介绍，六种用于基因组编辑的酶类（归巢核酸内切酶、锌指核酸酶、转录激活因子样效应核酸酶、RNA引导的核酸酶、DNA引导的核酸酶和位点特异性重组酶类），基因编辑的重组工程。

《基因组编辑：一篇综合性专著》是生物学实验室不可或缺的工具用书，适用于分子遗传学、生物化学与分子生物学、细胞生物学等相关专业的高年级本科生、研究生，也可作为教师的教学和科研参考书，亦可供生物医学、药理学、免疫学及相关领域的研究人员参考。

《基因组编辑：一篇综合性专著》一书作为分子遗传学专业研究读物，内容饱满详实、语言浅显易懂，除此之外，还包括一些其他的特点：

1.本书是一本综合性书籍，提供了在细胞核和细胞器基因组中完成的基因组遗传编辑操作的简明知识，概述了基因组编辑的基本原理，讨论了DNA修复参与基因组编辑的机制，描述了被修饰成供体DNA分子的不同类型的寡核苷酸和动植物病毒，详细讨论基因驱动、基因表达控制、安全问题、调控问题和基因组编辑技术的未来。内容全面充实，读者能够从本书了解基因组编辑的相关内容。

突出的特性

2.本书汇集了2530篇参考文献、50张表格和261张图表，每章末列出的相关问题供读者巩固与思考。

总的说来，《基因组编辑：一篇综合性专著》一书为想要了解基因组编辑的人员提供了清晰的导读路径，作为分子遗传学领域的一本前沿研究图书，是一本值得为想要涉足该领域的人员推荐的专业书籍。

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