生物通報道：2月10日，德國馬克斯普朗克分子遺傳學研究所的研究人員在《Cell Reports》發表一項最新研究成果，題為“Deletions, Inversions, Duplications: Engineering of Structural Variants using CRISPR/Cas in Mice”。在這項研究中，他們創新性地使用CRISPR/Cas技術，在小鼠中快速而有效地產生基因組結構變異（SVs）。

基因組結構變異（SVs）是基因組DNA中大范圍的結構差異，大小從幾個kb到整個染色體。SVs在很大程度上引起了我們的基因組變異，它們往往與疾病有關。當發生在基因的編碼序列中時，它們可能會影響蛋白質序列，從而影響蛋白質功能和穩定性。當包含一個或幾個編碼單元時，缺失或重復可導致基因拷貝數的變化。此外，有研究表明，SVs可能通過破壞適當增強子-啟動子相互所有所必需的基因組結構，而干擾基因調控。這種重排可能導致WT相互作用和/或異位增強子-啟動子相互作用的缺失，從而導致基因誤表達。為了對這多種影響加以區分，并研究它們復雜的分子病理學，就必需建立SVs的體內模型。

SVs可被輻射誘導（通過誘導雙鏈斷裂），但這是一個隨機過程，不能被靶定到特定的基因組區域。到目前為止，等位基因序列（包括大DNA片段的重構）已經從小鼠染色體中loxP靶向位點的順式重組而獲得。然而，這些方法費時費力，涉及loxP序列的靶定和隨后小鼠與Cre工具屬的雜交，這個程序至少要12個月。最近，鋅指核酸酶（ZNF）或轉錄激活因子樣效應物核酸酶（TALENs）已經被證明可在哺乳動物中誘導幾百個kb的靶向SVs�？稍诎唏R魚中獲得多達1Mb的體內染色體倒位和缺失。然而，據我們所知，這些方法并不適合在小鼠中產生大的結構變異。這可能是由于產生特定ZNF核酸酶或TALEN的過程相當緩慢，需要專門的知識。

最近發展的CRISPR/Cas技術已經使基因組編輯技術得以更廣泛的使用，延伸閱讀：廈大學者利用CRISPR/Cas9系統編輯瘧原蟲基因組。從而開辟了新的可能性，即在不同的模型系統中誘導SVs。事實上，兩個合成的引導RNAs（sgRNAs）——靶定一個染色體上兩個不同位置，可以通過非同源末端連接（NHEJ）誘導染色體倒位和缺失。例如，Xiao et al. （2013）通過向斑馬魚胚胎中直接注射sgRNAs和Cas9，從而誘導斑馬魚胚胎中1.5kb的缺失。同樣的，在HEK293或小鼠eurythroleukemia (MEL)細胞系中也獲得了更大的結構重排，包括缺失、插入和易位。

在這項研究中，研究人員在小鼠胚胎干細胞（ESCs）中使用CRISPR/Cas技術，開發出一個10周流程——他們稱之為CRISVar (CRISPR/Cas-induced structural variants)，能夠在小鼠中有效地產生缺失、倒位和重復。研究人員能夠在ESCs中使用CRISPR/Cas系統，靶定范圍在1kb到1.6Mb之間的基因組間隔。此外，該研究小組還表明，攜帶這些突變的ESCs，可用來制備嵌合體動物。最后，研究小組表明，在Laf4和Epha4基因座上，CRISVar能模擬人類致病SVs，并評價一個大基因沙漠（gene desert）的調控影響。

（生物通：王英）

生物通推薦原文：
Deletions, Inversions, Duplications: Engineering of Structural Variants using CRISPR/Cas in Mice. Cell Reports. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2015.01.016. Volume 10, Issue 5, p833–839, 10 February 2015.