宾州生物化学家简化人类人工染色体的构建方法

(费城) - 在过去的20年里，研究人员一直在努力完善人类人工染色体或简称HAC的构建。在今天发表在Cell上的一篇论文中，宾夕法尼亚大学的研究人员通过绕过形成自然染色体所需的生物学要求，描述了一种形成人工染色体重要部分的新方法，称为着丝粒。简单地说，他们生物化学地将一种称为CENP-A的蛋白质直接递送到HAC DNA，以简化实验室中HAC的构建。

宾夕法尼亚大学佩雷​​尔曼医学院生物化学和生物物理学教授Ben Black博士说：“我们的研究开发简化了HAC的构建和表征，以帮助合成完整的人类染色体。”理解这个过程。

HAC基本上起着新的微型染色体的作用，携带工程化的基因组，这些基因与细胞的天然染色体组一起遗传。生物工程师设想HAC执行各种工作，包括提供用于基因治疗的大蛋白质或运输自杀基因以对抗癌症。

“想想我们现在建造的HAC是模型大小的染色体，”第一作者Glennis Logsdon博士说，他是研究期间Black实验室的博士生，现在是华盛顿大学的博士后研究员。“通过以更直接的方式在HAC上构建着丝粒，我们更接近于扩大到全尺寸染色体。”

在分裂期间HAC从母细胞到子细胞的遗传是关键，这说明了着丝粒的重要性 - 重复染色体的收集区域负责将细胞分裂时产生的“姐妹”染色体对保持在一起。没有它，整个染色体可能在细胞分裂过程中丢失。

对于细胞复制的发生，人类着丝粒不是简单地由DNA序列编码，不像面包酵母长期使用的合成染色体研究。例如，哺乳动物依赖于CENP-A蛋白来指定染色体上的着丝粒位置以进行精确的细胞分裂。

先前在试管中形成HAC着丝粒的尝试仅在它们“遇到”CENP-A时很少发生，并且这种不太可能的事件仅发生在HAC基因组上的高度重复的DNA序列上。“然而，高度重复的DNA是分子生物学家的祸害，因为使用我们现在拥有的方法是最困难的，这些方法是针对非重复DNA设计的，”Black说。

Black的团队通过将CENP-A直接传递给HAC DNA完全绕过了重复的DNA。他们的解决方法涉及“强迫”CENP-A与非重复DNA序列结合以形成HAC的新着丝粒。

布莱克说：“我们采用了我们的着丝粒旁路方法，制造了一个功能齐全的HAC，没有克隆的恶梦，过去二十年来重复的着丝粒DNA已经呈现给哺乳动物染色体工程师。”“基于我们的成功，我们和合成染色体领域的其他人现在将有机会获得迄今为止在酵母细胞中取得的成就。”

这个合成生物学领域的下一步将是将Black实验室的着丝粒与其他人设计的基因组连接起来。这个循序渐进的建设项目是人类基因组计划 - 写作的目标，这是一个合作建立真人大小的合成染色体。Penn团队的贡献将有助于加速创建基于合成染色体的有用研究和临床工具。

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