三联体锌指与二聚剪刀手:钱德拉塞加兰融合发明人类首柄基因魔剪 ZFN
1996 年 2月6日 · 锌指核酸酶(ZFN)融合表达质粒、限制酶 FokI 催化结构域与琼脂糖凝胶电泳槽
你知道吗?
只有当左手与右手在黑暗的基因深渊中同时触碰到同一个密语,弑神的利刃才会出鞘。
自然界存在的数百种限制性内切酶,其识别位点通常只有4到8个碱基对,而在人类拥有30亿碱基对的宏大基因组中,一个6碱基位点平均每4096个碱基就会出现一次,若直接打入细胞核等于无差别碎尸!如何才能造出一柄能在整个人类基因组中只切唯一一刀的超长识别手术刀?
1996年约翰斯·霍普金斯大学的斯里尼瓦桑·钱德拉塞加兰完成了一场震撼的蛋白质模块工程拼装。他注意到了真核转录因子中常见的Cys2His2锌指蛋白(Zinc Finger),每个锌指结构域能特异识别一段3个碱基的三联体密码,将数个锌指串联即可自由定制识别9到18个碱基的特异DNA序列。
随后,他将来自细菌Type IIS限制酶FokI的非特异性剪切催化结构域,与锌指结合域通过柔性肽段共价缝合,构筑出“锌指核酸酶(ZFN)”。更为神妙的是FokI的物理二聚化机制:单体ZFN完全没有剪切活性,必须设计成一左一右对称朝向的两组ZFN,只有当它们同时精准咬合在相距几个碱基的靶点两侧时,两个FokI催化头才能在空间上拼合形成活性二聚体并剪断双链!
ZFN作为人类历史上第一代可编程基因编辑工具,正式拉开精准基因敲除的壮丽帷幕。