除了基本的 CRISPR/Cas9 编辑外,基因组工程还包括汇集功能筛选和用于精确序列修饰的替代核酸酶。
CRISPR 筛选
CRISPR 筛选是一种高通量功能基因组学方法,使用汇集慢病毒单导向 RNA 文库来敲除基因组中的每个基因,并识别那些涉及特定表型的基因。
典型筛选:
- 将慢病毒 sgRNA 文库以低感染复数转导到表达 Cas9 的细胞中,确保大多数细胞接收一个 sgRNA。
- 细胞承受选择压力:药物处理、毒素暴露或基于分选的表型。
- 提取基因组 DNA,通过 PCR 扩增 sgRNA 序列并通过二代测序定量。
- 与对照组相比,处理组中消耗或富集的 sgRNA 可识别对生存或耐药性必需的基因。
CRISPR 筛选比 shRNA 筛选更敏感和特异。
TALEN
转录激活因子样效应物核酸酶是通过将 TAL 效应物 DNA 结合域与 FokI 核酸酶结构域融合而成的人工限制性酶。每个 TAL 效应物重复识别单个 DNA 碱基对,允许模块化组装靶向任何序列的结合域。
FokI 结构域必须二聚化,因此 TALEN 成对使用,位于靶位点两侧。二聚化在靶位产生双链断裂,通过非同源末端连接——产生小插入或缺失——或通过同源定向修复修复。
TALEN 比早期 CRISPR 系统更特异,但构建更费力。
锌指核酸酶(ZFN)
ZFN 将锌指结构域与 FokI 核酸酶结构域融合。与 TALEN 类似,它们需要配对结合位点和 FokI 二聚化才能发挥活性。ZFN 是第一个广泛使用的靶向核酸酶,但由于难以设计高特异性的锌指阵列,在很大程度上已被 CRISPR 和 TALEN 取代。
方法选择
- CRISPR 最简单且可扩展性最好——适用于全基因组筛选和常规编辑。
- TALEN 脱靶编辑率较低,当需要精确的单碱基识别或在 CRISPR PAM 限制的生物体中编辑时更受青睐。
- ZFN 在特定情况下仍有用,如基因治疗。