CRISPR-Cas9對人類線粒體基因組微同源區切割后產生新生變異

王邦，谷峰

CRISPR-Cas9對人類線粒體基因組微同源區切割后產生新生變異

王邦，谷峰

溫州醫科大學附屬眼視光醫院，眼視光學和視覺科學國家重點實驗室，溫州 325027

線粒體是真核細胞的一種細胞器，其含有線粒體基因組(mtDNA,mitochondrial DNA)，是細胞能量制造、多種信號轉導及重要代謝物合成的中心。人類mtDNA長約16.6 kb，編碼13個呼吸鏈所必需的蛋白以及24個蛋白翻譯必需的RNA。人類mtDNA的突變會導致很多種重大疾病，比如神經退行性疾病、糖尿病、癌癥、心血管疾病等[1]。因此，線粒體相關疾病是人類重大疾病的重要組成部分。細胞由于有氧呼吸作用產生的氧自由基簇(reactive oxygen species, ROS)，無時無刻不在損傷mtDNA，進而誘發mtDNA突變。目前利用靶向突變mtDNA的核酸酶(如mito-ZFNs/TALENs, mitochondria-targeted zinc fingernucleases/transcription activator-like effector nucleases)可以有效去除帶有突變的線粒體。這在線粒體疾病臨床治療方面具有重要應用前景[2~4]。這個過程具體包括：利用mito-ZFNs/TALENs切割突變的mtDNA，從而產生DNA雙鏈斷裂，由此導致突變的mtDNA降解，這樣達到去除致病mtDNA的目的。例如，Carlos T. Moraes團隊利用AAV9進行在體遞送mito-TALENs到線粒體，其可特異性切割含有突變m.5024C>T (tRNA基因)的小鼠mtDNA，實現了在肌肉和心臟細胞線粒體中tRNA表達量的恢復[3]，有望能治療該突變導致的心臟疾病。與此類似，另一個相似工作，同樣是修復能導致心臟疾病的突變m.5024C>T，只是使用了mito-ZFNs[4]。說明多種核酸酶均可以在哺乳動物線粒體中發揮活性切割。而在水稻和油菜中，利用特異性切割mtDNA上胞質雄性不育相關基因和，實現了以同源重組方式對mtDNA進行編輯，恢復了雄性可育性[5]。同樣在TALE (transcription activator-like effector)基礎上，融合來自于新洋……