基因打靶技術(shù)，是利用同源重組的方法，建立基因定點(diǎn)敲除細(xì)胞系或獲得基因定點(diǎn)敲除動物。無論CRISPR/Cas還是TALEN,都是通過造成靶位點(diǎn)的雙鏈斷裂，誘導(dǎo)靶基因產(chǎn)生突變。而通過同源重組實(shí)現(xiàn)的DNA修復(fù)在G1期的細(xì)胞中是高度抑制的，以確保有絲分裂只發(fā)生在姐妹染色單體之間。因而只也是在DNA復(fù)制之后、在細(xì)胞周期的S階段和G2階段發(fā)生的。所以基因打靶技術(shù)目前只能在分裂期細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)。
雖然許多同源重組因子是細(xì)胞周期調(diào)控的，哪些事件對于抑制G1期細(xì)胞重組是必須和充分的還是未知的。本月17日的Nature報導(dǎo)多倫多大學(xué)和Mount Sinai醫(yī)院的Daniel Durocher及同事發(fā)現(xiàn)細(xì)胞周期通過控制BRCA1基因與PALB2–BRCA2的相互作用來抑制BRCA2在人體細(xì)胞中S / G2期的功能。
乳腺癌和卵巢癌基因的抑癌基因BRCA1，PALB2和BRCA2通過同源重組促進(jìn)DNA雙鏈斷裂修復(fù)。BRCA1促進(jìn)DNA末端切除產(chǎn)生同源性搜索和解螺旋必須的單鏈DNA，之后它和PALB2作用招募BRCA2和RAD51到雙鏈斷裂區(qū)進(jìn)行同源重組修復(fù)。在細(xì)胞G1期，BRCA1基因在染色質(zhì)雙鏈斷裂區(qū)的積累是受抑制的，對應(yīng)同源重組在這一階段的細(xì)胞周期的也是受抑制的。
該研究發(fā)現(xiàn)在PALB2上BRCA1相互作用位點(diǎn)是由KEAP1形成的E3泛素連接酶的靶標(biāo)。這個PALB2作用蛋白，是cullin-3-Rbx1復(fù)合物。PALB2與BRCA1作用的泛素化抑制作用由去泛素化酶USP11抵消，這是在細(xì)胞周期中控制的。對BRCA1–PALB2作用的恢復(fù)結(jié)合DNA末端切除的活化是足夠誘導(dǎo)G1同源重組的，用DNA過表達(dá), siRNA, CRISPR–Cas9基因靶向編輯和免疫共沉淀等方法研究后的結(jié)論是： 抑制G1期同源重組機(jī)制是由阻止DNA末端切除和包括抑制BRCA1–PALB2–BRCA2復(fù)合物的組裝等防止補(bǔ)充BRCA2到 DNA損傷位點(diǎn)的抑制。
BRCA1–PALB2–BRCA2復(fù)合物的組裝在細(xì)胞周期控制同源重組的DNA雙鏈斷裂修復(fù)中是個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。PALB2上BRCA1的結(jié)合位點(diǎn)由 E3泛素連接酶和去泛素化酶USP11, 這兩個不同作用的酶結(jié)合調(diào)節(jié)，該位點(diǎn)之后在G1期被CRL4復(fù)合物競爭結(jié)合。研究證明在G1期同源重組的抑制大部分都是可逆的，包括末端切割和BRCA2結(jié)合到斷裂位點(diǎn)。
在細(xì)胞研究能夠誘導(dǎo)在G1期細(xì)胞同源重組的因素，有可能會成為在非分裂期細(xì)胞中進(jìn)行基因打靶的一個有用方法。人體的大多數(shù)細(xì)胞并都是在活躍的細(xì)胞周期中這就造成了同源重組的實(shí)際操作的難度。這項研究使靶向基因治療能運(yùn)用于多個不同的組織。而且此研究也可能解決基因打靶中有絲分裂后期細(xì)胞中同源重組因子表達(dá)降低的問題。
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