過去20年，研究人員一直在努力完善人類人工染色體構(gòu)建（簡稱HACs），本周發(fā)表在《Cell》雜志的一篇論文，來自賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員描述了一種形成著絲粒的新方法，該方法甚至繞過了自然染色體形成所需的生物學(xué)要求。

簡單來說，他們是把一個名為CENP-A的蛋白質(zhì)直接遞給HAC DNA，從而簡化了HAC的實驗室合成。

“我們的方法簡化了HACs的構(gòu)建和表征，為制造全人造人類染色體掃清了障礙，”賓夕法尼亞大學(xué)生化和生物物理學(xué)教授Ben Black博士說。

HACs本質(zhì)上是一個攜帶工程基因合集的小染色體，這些基因與細(xì)胞的天然染色體一起是可遺傳的，生物工程師們設(shè)想，HACs可以完成包括為基因治療提供大蛋白或運輸自殺基因等各種各樣的工作。

“我們把HACs想象成染色體的小模型，”Black實驗室的博士生（現(xiàn)華盛頓大學(xué)的博后）文章一作Glennis Logsdon說?！巴ㄟ^一種更直接的方式在一個HAC上建立一個著絲粒，對擴大到全尺寸的人類染色體來說是更進(jìn)一步了。”

在分裂過程中，HACs從母細(xì)胞到子細(xì)胞的遺傳是關(guān)鍵，著絲粒在其中起著重要作用——細(xì)胞分裂時，著絲粒將成對的姐妹染色體捆綁在一起，沒有它，整個染色體會在細(xì)胞分裂過程中七零八碎。

為了實現(xiàn)細(xì)胞復(fù)制，人類的著絲粒并不是簡單地由DNA序列編碼的，也不像已經(jīng)研究的比較透徹的酵母合成染色體。哺乳動物依靠CENP-A蛋白來確定染色體上的著絲粒位置，從而進(jìn)行精確的細(xì)胞分裂。

之前在試管中制作HAC著絲粒時，與CENP-A的接觸概率很低，“偶遇”只發(fā)生在HAC基因組的高度重復(fù)DNA序列上，可這些高度重復(fù)的DNA序列對生物學(xué)家來說卻是“禍害”，“因為我們現(xiàn)有的工作方法基本上都是為非重復(fù)DNA序列設(shè)計的，”Black說。

Black課題組通過將CENP-A直接呈遞給HAC DNA，完全繞過了重復(fù)DNA。他們的工作涉及“強迫”CENP-A與非重復(fù)性DNA序列結(jié)合。

“我們采取了旁道方法制造出了具有完整功能的HAC的著絲粒。過去二十年，復(fù)制著絲粒DNA一直是哺乳動物染色體工程師的噩夢，”Black說?！拔覀?nèi)缃竦某晒?，意味著合成人類染色體距離近兩年其他課題組在酵母染色體領(lǐng)域所取得的成就只差一步之遙了?！?/p>

合成生物學(xué)這一領(lǐng)域的下一步是把Black實驗室的著絲粒與其他課題組設(shè)計的一組基因融合起來，一步步逼近人類基因組計劃目標(biāo)——組裝建立起一個生命尺寸的合成染色體。

原文檢索：Human Artificial Chromosomes that Bypass Centromeric DNA

來源：生物通