Sangamo Therapeutics公司的研究人員上周五在《Nature Communications》雜誌上發表文章，展示了其第二代的鋅指核酸酶（ZFN）技術。
（圖片來自原文，紅色部分為接頭）
Sangamo Therapeutics公司的研究人員上周五在《Nature Communications》雜誌上發表題為「Diversifying the Structure of Zinc Finger Nucleases for High-Precision Genome Editing」的文章，展示了其第二代的鋅指核酸酶（ZFN）技術。
據Sangamo介紹，這些改進使得ZFN的多樣性增加到64倍，從而有望對特定基因組位點進行高度精確的編輯。文章的通訊作者Edward J. Rebar博士是Sangamo的高級副總裁兼首席技術官，第一作者是David Paschon博士。
Paschon博士及其同事通過一系列蛋白質改造工作，開發出新的ZFN結構。這些改造包括顛倒DNA結合結構域和核酸酶結構域的順序，以及運用新的接頭（linker）跳過相鄰鋅指之間的鹼基。通過這種結構多樣化的策略，他們試圖大幅度提高ZFN的靶向精確度。
研究人員開發出一系列新接頭，能夠跳過鋅指-鋅指以及鋅指-FokI切割結構域之間的鹼基。他們報導稱，這些改造使得ZFN結構的數量增加到64倍，能夠實現任意位點的靶向切割。他們還評估了30種新結構，確定其中97%為活性核酸酶。
「我們的研究表明，我們的接頭元件能夠與現有的鋅指結合，以接近1.0的密度靶向任意基因組片段，也就是說，ZFN能夠靶向幾乎每一個鹼基。同時我們還表明，這些結構改進有望顯著提高ZFN的靶向精確度，」研究人員寫道。
讓ZFN更有吸引力
同為基因編輯技術，人們不免將ZFN與CRISPR進行比較。一直以來，人們對ZFN的批評包括與CRISPR相比成本太高、速度太慢，以及開發高質量基因編輯產品的門檻過高。為此，Sangamo一直致力於縮短ZFN的開發周期。
「這種新結構顯著提高了我們的靶向能力，將確保我們能夠靶向最佳序列窗口，實現治療應用。這說明了我們ZFN基因組編輯技術的多功能性，」Rebar博士談道。
「在開發治療用的核酸酶時，關鍵要求是能夠定位臨床效果最佳的雙鏈斷裂。在許多情況下，這一考慮使得最佳切割目標只能限制在狹窄的窗口。因此，提高靶向精確度一直是人們長期關注的問題，」Rebar補充道。
此前一個月，Sangamo宣布了利用ZFN技術治療粘多糖貯積症（MPS）的I/II期臨床試驗的中期結果。儘管研究證實了療法的安全性以及關鍵酶的表達，但沒有取得公司期望的效果。
「它的確在發揮作用，但不足以帶來臨床受益，」Sangamo的CEO Sandy Macrae說。這些中期結果導致Sangamo的股價大幅下跌，從12.02美元跌至8.31美元，之後才逐漸反彈。
為人們帶來更多選擇
在這項研究中，Sangamo的研究人員表示，他們開發出新的接頭，能夠將FokI核酸酶結構域與DNA結合鋅指結構域的N端連接，而以往只能與鋅指結構域的C端連接。據介紹，這種設計產生了三種替代的ZFN二聚體，讓設計ZFN時的選擇增加到四倍。
同時，新的接頭也允許相鄰鋅指之間的鹼基跳躍。這樣，經過改造的鋅指就能夠與部分移位的DNA序列相結合，同時保留相同的切割位點。如此一來，人們的設計選擇又增加到16倍。
「將這兩項改進納入我們的ZFN平臺，使得在任何目標位點進行有效基因組編輯的ZFN設計選項增加到64倍，」研究人員報告稱。他們表示，這些新型結構在三種治療應用中表現出出色的效率、精確度和特異性。
未來，這種接頭也有望應用在TALENs、FokI-dCas9和Cas9等鹼基編輯器中，以改善這些系統的性能。
參考文獻：
Diversifying the structure of zinc finger nucleases for high-precision genome editing