نویسندگان

• کاظم اسدالهی
• رسول عبداله زاده
• محمدرضا نوری دلویی

چکیده

زمینه و هدف: مهندسی هدف‌دار ژنوم(genome targeting engineering)، یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌های مهندسی ژنتیک در هزاره‌ی سوم است. اساس این فرایند در عملکرد اندونوکلئازهای مهندسی‌شده نهفته‌است.این ابزارها از طریق ایجاد برش‌های دو رشته‌ای در یک ناحیه‌ی شناخته-شده از ژنوم و به‌دنبال آن ترمیم این برش‌ها توسط سازوکارهای نوترکیبی هومولوگ (Homologous Recombination) یا اتصال انتهاهای غیرهومولوگ (Non-Homologous End Joining)، می‌توان تغییرات ژنتیکی مورد نظر را ایجادکرد.اندونوکلئاز‌های ویرایش‌کننده‌ی ژنوم، از توانایی بالایی در راستای فهم عملکرد ژن و کاربردهای ژن درمانی برخوردارند. مگانوکلئازها (Meganucleases)، اولین رده از این ابزارهایند که به‌طور طبیعی در همه‌ی قلمروهای حیات یافته شده و نقش مهمی را در مهندسی هدف‌دار ژنوم ایفاء کرده‌اند. دومین رده، نوکلئازهای انگشت روی [Zinc Finger Nucleases (ZFNs)] هستند که از یک سری قلمرو‌ انگشت روی شناسایی کننده‌ی DNA ی ادغام شده با قلمرو کاتالیتیک آنزیم FokI ساخته شده‌اند. رده‌ی دیگر نوکلئازهای افکتور شبه‌ فعال‌کننده‌ی رونویسی [Transcription Activated-Like Effector Nucleases (TALENs)] می‌باشند که قلمرو‌های شناسایی کننده‌ی DNA از باکتری بیماری‌زای گیاهی از جنس گزانتوموناس (Xnathomonas) مشتق شده-اند و مانند رده‌ی دوم با قلمرو کاتالیتیک FokI ادغام می‌شوند. آخرین رده اندونوکلئازهای مهندسی‌شده، برگرفته از سیستم ایمنی اکتسابی باکتریایی است کهClustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/ CRISPR-associated (CRISPR/ Cas)] نامیده‌ می-شوند. در این سیستم اندونوکلئاز Cas9 توسط یک RNA راهنما که با DNA هدف جفت می‌شود به توالی موردنظر فراخوانده‌شده و سپس DNA توسط زیرواحدهای آنزیم برش می‌خورد. در این مقاله‌، با استفاده از تجربیات شخصی و بهره‌گیری از ده‌ها منبع معتبر و روزآمد، ویژگی‌های چهار رده‌ی اندونوکلئاز مطرح شده در بالا، و پیشرفت‌های انجام‌گرفته برای افزایش کارایی و ویژگی آن‌ها در پژوهش‌های پایه‌ای و کاربردی مورد بررسی و بحث قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها

• نوکلئازهای صناعی
• شکست‌های دو رشته‌ای
• هدف گیری ژنی
• ژن درمانی

عنوان مقاله [English]

Targeted Genome Editing With Engineered Nucleases- a New Approach in Gene Therapy

نویسندگان [English]

• Kazem Asdollahi
• Rasoul Abdollahzadeh
• Mohammadreza Nori Deloyee

چکیده [English]

Nowadays, targeted genome engineering is one of the most important advances in genetic engineering. This process is based on the function of engineered endonucleases. These tools can make desirable genetic changes through creating double strand breaks followed by homologous recombination or non-homologous end joining mechanisms in a specific site on genome. Genome editing endonucleases have strong ability in understanding the gene performance and gene therapy applications. Meganucleases are the first group of these tools which are naturally found in all creatures and play a crucial role in the targeted genome engineering. zinc finger endonucleases (ZFNs) are the second class made using fusion of a series of DNA recognition Zinc finger domains with catalytic domain of FokI enzyme. Another class of these nucleases includes Transcription activator like-effector nucleases (TALENs) in which, DNA recognition domains are derivatives of transcription activator like-effector proteins from Xanthomonas species, plant pathogen bacteria، fused with catalytic domain of FokI enzyme, like previous class. The last class of these engineered endonucleases, modeled on bacterial adaptive immune system which are called CRISPR/Cas. In this system, Cas9 endonuclease is recruited to the target sequence by a guide RNA that pairs with target DNA and then the enzyme cuts the DNA. In this review, characteristics of the four endonucleases mentioned above and some advances in this area for enhancing its efficiency and specificity in basic and practical researches will discuss through personal experiences and up to date references.

کلیدواژه‌ها [English]

• artificial nucleases
• Double
• strand breaks
• Gene targeting
• Gene therapy