归巢核酸内切酶的分类、特点及应用
2025-08-04 来源:本站 点击次数:36以人工核酸内切酶介导的基因组编辑技术主要包括 4 种：归巢核酸内切酶技、 锌指核酸酶技术、转录激活因子样效应物核酸酶技术和成簇的规律间隔的短回文重复序列CRISPR/Cas9 系统。
4 种主要的基因编辑技术
归巢核酸内切酶（Meganuclease）是一种天然存在的脱氧核糖核酸内切酶，存在于各种形式的微生物以及真核生物的线粒体和叶绿体中，具有较大的 DNA 序列识别位点 (14~40bp)，该酶的切割位点在基因组中通常只出现一次。尽管自然界中存在数百种归巢核酸内切酶，但发现能够在所需位置切割给定基因的归巢核酸内切酶的可能性非常小。
由于对 DNA 序列的识别位点较大，Meganuclease 具有高度的特异性，且自身编码基因比较小（仅1 Kb 左右）易于传递。此外，该核酸酶切割 DNA 后会产生 3’端突出，更易进行 HDR 重组。然而， Meganuclease 的 DNA 结合域和裂解域不易区分，设计上较困难。
根据氨基酸序列和结构域特征，归巢核酸内切酶可分为 6 个主要家族，各家族特点如下：
- LAGLIDADG 家族：最常见的家族，名称来自其保守的氨基酸基序（LAGLIDADG），通常以同源二聚体（切割回文序列）或单体（切割非回文序列）形式发挥作用，如 I-SceI（来自酵母线粒体内含子）。
- GIY-YIG 家族：含保守的 GIY-YIG 基序，多为单体酶，识别序列长度约 14-20 bp，如 I-TevI（来自噬菌体 T4）。
- HNH 家族：含 HNH 基序（组氨酸 - 天冬酰胺 - 组氨酸），依赖金属离子（如 Mg²⁺）切割 DNA，如 I-HmuI。
- His-Cys 盒家族：含保守的 His-Cys 基序，多与真核生物线粒体内含子相关。
- PD-(D/E) XK 家族：与部分限制性内切酶共享保守基序，但识别序列更长，如 I-PpoI。
- Vsr-like 家族：较少见，结构与 Vsr（very short patch repair）修复酶相关。
由于归巢核酸内切酶具有长识别序列、高特异性的特点，其在基因编辑领域具有重要应用潜力：
- 精准基因切割：可作为基因编辑工具，在特定长序列处切割 DNA，减少脱靶效应（如 I-SceI 常被用于验证基因修复效率）。
- 基因驱动系统：通过改造归巢核酸内切酶，可构建基因驱动系统（如在蚊子中传播抗疟基因），实现特定基因在种群中的快速扩散。
- 基因治疗：可用于靶向切割致病基因（如病毒整合序列、突变基因），结合修复模板实现精准修复。
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