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毒性远远低于ZFN技术。然而CRISPR/Cas技术也有上下文依赖性,目前只能应用于上游有PAM序列的靶位。

TALEN、ZFN和CRISPR/Cas三大基因组定点修饰技术应用于各个生物医学领域的历史都并不长,但近年来发展无比迅速,积累了大量的网络资源和平台资源。以模式动物果蝇(Drosophila melanogaster)的基因组定点修饰为例,目前可查的基因组定点修饰相关数据库已经多达十七个(表2)。

表2 现有的TALEN、ZFN及CRISPR相关设计数据库资源

网址 基本功能 TALEN 信息资TAL effector http://www.genome-engineering.org/taleffectors 源 CRISPR 信息CRISPR http://www.genome-engineering.org/crispr 资源 TALEN targeter https://tale-nt.cac.cornell.edu TALEN设计 TALEN 信息资TALengineering http://www.talengineering.org 源 E-TALEN http://www.e-talen.org/E-TALEN TALEN设计 CRISPR/gRNAE-CRISP http://www.e-crisp.org/E-CRISP/ 设计 果蝇特异性的flyCRISPR http://flycrispr.molbio.wisc.edu/ CRISPR/gRNA设计 果蝇特异性的oxfCRISPR http://groups.mrcfgu.ox.ac.uk/liu-group/useful-links/oxfcrispr/oxfcrispr CRISPR/gRNA设计 CRISPR http://www.crisprflydesign.org/ 果蝇特异性的flydesign CRISPR/gRNA设计 可搜索到的所DRSC http://www.flyrnai.org/crispr/ 有果蝇gRNA靶点列表 Cas9 guid http://cas9.cbi.pku.edu.cn design 针对模式系统的gRNA设计 果蝇特异性的flyCas9 http://www.shigen.nig.ac.jp/fly/nigfly/cas9/index.jsp CRISPR/gRNA设计 工程核酸酶数EENdb http://eendb.zfgenetics.org/index.php 据库 质粒数据信息Addgene http://www.addgene.org/genome_engineering 库 Mojo hand http://www.talendesign.org TALEN设计 TALEN、ZFNZiFIT targeter http://zifit.partners.org/ZiFiT 及CRISPR设计 表格来源:Kelly J. Beumer, and Dana Carroll. (2014) Targeted genome engineering techniques in Drosophila. Methods, in press, DOI: 10.1016/j.ymeth.2013.12.002. 由于在技术特征方面存在区别,TALEN、ZFN和CRISPR/Cas作为不同的技术在研究领域上虽然有极高重复度,但一些特殊的研究领域,在这几种基因组修饰工具的选择上,依然具有较强的偏好性。例如在基因治疗领域,不同技术在应用上也有不同的分工(表3)。

表3 工程修饰的核酸酶在人类遗传病治疗中的研究

定向核酸细胞类型 疾病 病因 矫正方式 作者及年份 酶 破ZFN 坏 CD4+T 艾滋病 HIV感染 破坏CCR5阴性细Perez 2008 胞 破ZFN 坏 CD34+HSCs 艾滋病 HIV感染 破坏CCR5阴性细Holt 2010 胞 破CRISPR 坏 CD4+T 艾滋病 HIV感染 破坏HIV的LTR区Ebina 2013 域 破TALEN 坏 iPSC 丙型肝炎 HCV感染 破坏APOB阴性细Ding 2013 胞 破TALEN 坏 融合的真皮成纤维细胞 卡恩斯-塞尔综合征 mtDNA中的5kb删失 破坏突变了的mtDNA Bacman 2013 移ZFN 码 成肌细胞 杜氏肌营养不良症 外显子51、51-53或51-60删失 外显子50处(1+3n)移码突变 Rousseau 2011 移TALEN 码 永生化的成肌细胞 杜氏肌营外显子48-50删失 养不良症 外显子50处(2+3n)移码突变 Ousterout 2013 移ZFN 码 CD4+T X连锁的SCID IL2Rγ的5号外显子外显子5有1bp的Umov 2005 移码突变 移码突变 敲ZFN 入 永生化的B淋巴细胞 X连锁的SCID IL2Rγ在5号外显子IL2Rγ的cDNA(外处或其后切断 显子5-8)敲入 Lombardo 2007 敲ZFN 入 小鼠肝脏 乙型肝炎 F9 Y155终止 hF9 cDNA(外显子Li 2011 2-8)敲入 敲ZFN 入 iPSC 唐氏综合21三体 症 Xist敲入使多出的Jiang 2013 21号染色体失活 替ZFN iPSC 帕金森症 a-synuclein 点突变Thr53Ala Soldner 换 2011 镰刀形红替ZFN 换 病 iPSC 细胞贫血b-globin 点突变Val6Glu Zou 2011 镰刀形红替ZFN 换 病 iPSC 细胞贫血b-globin 点突变Val6Glu 2011 Sebastiano 替ZFN 换 iPSC 代谢性肝a1-antitrypsin 病 点突变Lys342Glu Yusa 2011 替TALEN 换 iPSC 代谢性肝a1-antitrypsin 病 点突变Lys342Glu Choi 2013 替TALEN 换 iPSC 大疱性表COL7A1 皮松解 点突变Stop613Arg Osborn 2013 遗传性视替TALEN 换 维细胞 障碍 融合的真皮成纤神经张力MT-ND6 点突变Ala72Val 2013 Bacman 参考文献

1. Thomas Gaj, Charles A. Gersbach, and Carlos F. Barbas III. (2013) ZFN, TALEN, and CRISPR/Cas-based methods for genome engineering. Trends in Biotechnology, 31(7): 397-405.

2. Yongsub Kim, Jiyeon Kweon, Annie Kim, Jae Kyung Chon, Ji Yeon Yoo, Hye Joo Kim, Sojung Kim, Choongil Lee, et al. (2013). A library of TAL effector nucleases spanning the human genome. Nature Biotechnology, 31(3): 233-239.

3. Yongsub Kim, Jiyeon Kweon, Annie Kim, Jae Kyung Chon, Ji Yeon Yoo, Hye Joo Kim1, Sojung Kim, et al. (2013) A library of TAL effector nucleases spanning the human genome. Nature Biotechnology, 31(3): 251-260.

4. Chuanxian Wei, Jiyong Liu, Zhongsheng Yu, Bo Zhang, Guanjun Gao, Renjie Jiao. (2013) TALEN or Cas9 e Rapid, Efficient and Specific Choices for Genome Modifications. Journal of Genetics and Genomics, 40(1): 281-289.