? ? ? ?今天介紹的是人類人工染色體(Human Artificial Chromosome)，它是最大的基因載體。

簡介

? ? ? ??人類人工染色體(HAC)是一種微染色體，在人類細(xì)胞群體中起新染色體的作用。也就是說，細(xì)胞可以有47條染色體，而不是46條染色體。第47條非常小，大約6-10Mbp大小，而不是自然染色體的50-250Mbp，并且能夠攜帶人類研究人員引入的新基因。理想情況下，研究人員可以整合執(zhí)行多種功能的不同基因，包括疾病防御。

? ? ? ? 利用酵母人工染色體(YAC)和細(xì)菌人工染色體(BAC)進(jìn)行基因治療，可能導(dǎo)致不可預(yù)測的問題。這些載體引入的遺傳物質(zhì)不僅導(dǎo)致不同的表達(dá)水平，而且插入物還破壞了原始的基因組。與YAC、BAC不同，HAC是完全獨立的染色體。這種與現(xiàn)有遺傳物質(zhì)的分離假設(shè)不會產(chǎn)生插入突變體這種穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性使得HACs優(yōu)于其他方法，如病毒載體、YAC和BAC。與病毒載體相比，HAC允許傳遞更多的DNA(包括啟動子和拷貝數(shù)變異)

? ? ? ? 酵母人工染色體和細(xì)菌人工染色體比1997年首次開發(fā)的人類人工染色體早。HAC作為基因轉(zhuǎn)移載體，作為闡明人類染色體功能的工具，以及作為積極注釋人類基因組的方法，在表達(dá)研究中是有用的。

歷史

? ? ? ?1997年，通過在人類HT1080細(xì)胞的端粒和基因組DNA中加入α-衛(wèi)星(Alphoid)DNA，首次從頭構(gòu)建了HAC。這就產(chǎn)生了一個全新的微染色體，其中包含了感興趣的DNA，以及允許其結(jié)構(gòu)和有絲分裂穩(wěn)定的元素，如端粒和著絲粒序列。由于從頭形成HAC的困難，這種方法在很大程度上已被放棄。

制造方式

? ? ? ?目前有兩種公認(rèn)的人類人工染色體載體的模型。第一種是通過改變?nèi)祟愖匀蝗旧w來制造一個小染色體。這是通過截短自然染色體，然后通過Cre-Lox重組系統(tǒng)引入獨特的遺傳物質(zhì)來完成的。第二種方法涉及從頭創(chuàng)造一個新的染色體。由于許多大的基因組片段不能成功地整合到從頭構(gòu)建載體中，因此在從頭構(gòu)建HAC形成方面的進(jìn)展有限。另一個限制從頭載體形成的因素是有限的知識，這需要多種元件，特別是著絲點序列。然而，涉及著絲點序列的挑戰(zhàn)已經(jīng)開始被克服。

應(yīng)用

? ? ? ?2009年的一項研究顯示了HAC的額外好處，即它們能夠穩(wěn)定地包含超大的基因組片段。研究人員加入了2.4Mb的營養(yǎng)不良蛋白基因，其中一個突變是杜氏肌營養(yǎng)不良的關(guān)鍵原因。由此產(chǎn)生的HAC有絲分裂穩(wěn)定，并能在嵌合小鼠中正確表達(dá)肌營養(yǎng)不良蛋白。之前正確表達(dá)營養(yǎng)不良蛋白的嘗試都失敗，是由于該基因過于龐大，從來沒有被成功地整合到一個載體中。

? ? ? ?2010年，一種名為21HAC的改良人類人工染色體被報道出來。21HAC是基于人類21號染色體的剝離拷貝，產(chǎn)生一條長5Mb的染色體。21號染色體的截斷導(dǎo)致人類的人工染色體具有穩(wěn)定的有絲分裂能力。21HAC也能被轉(zhuǎn)移到各種物種(老鼠、鳥類、人類)的細(xì)胞中。利用21HAC，研究人員能夠?qū)渭儼捳畈《拘剀占っ妇幋a基因插入腫瘤細(xì)胞。這種“自殺基因”是激活許多抗病毒藥物所必需的。抗病毒藥物更昔洛韋在包括健康細(xì)胞在內(nèi)的人群中成功地、選擇性地終止了這些靶向腫瘤細(xì)胞。這項研究為在基因治療中使用HAC提供了多種機(jī)會

? ? ? ? 2011年，研究人員通過截斷14號染色體，形成了人類的人工染色體。然后利用Cre-Lox重組系統(tǒng)引入遺傳物質(zhì)。這項特別的研究集中在通過保留部分現(xiàn)有的基因組DNA來改變表達(dá)水平。通過保留現(xiàn)有的端粒和亞端粒序列，研究人員能夠?qū)⒕幋a促紅細(xì)胞生成素的基因的表達(dá)水平放大1000倍以上。這項工作也有很大的基因治療的意義，因為紅細(xì)胞生成素控制紅細(xì)胞的形成。

? ? ? ?HAC已被用于制造轉(zhuǎn)基因動物，用作人類疾病的動物模型，并用于生產(chǎn)藥品。

人工染色體全家福