یک سیستم درایو ژن CRISPR-Cas9 در تولید مثل افراد ماده در پشه ناقل مالاریا
سیستم های درایو ژن که وراثت مندلی یک ترنس ژن فعال می کند، قادر به تغییر جمعیت حشرات طی چند سال است. ساختارهای اندونوکلئاز CRISPR-Cas9 توصیف می شود که عملکرد آن به عنوان سیستم های درایو ژن Anopheles gambiae، ناقل اصلی مالاریا است.سه ژن (AGAP005958، AGAP011377 و AGAP007280) شناسایی شدند که در یک فنوتیپ عدم تلقیح برگشت پذیر جنس ماده برای شکستن و ورود به هر لوکوس ساختار درایو ژن CRISPR-Cas9 طراحی شده و هر ژن را ویرایش می کند. برای هر لوکوس مورد نظر، یک درایو ژن قوی در سطح مولکولی، با نرخ انتقال 4/91 تا 6/99 درصد به نتاج مشاهده شد. مدل-سازی جمعیت و آزمایش های قفس نشان می دهند که یک ساختار CRISPR-Cas9 با هدف قرار دادن یکی از این لوکوس ها یعنی AGAP007280، حداقل نیازمندی ها برای یک درایو ژن موجود در تولیدمثل ماده ها را در یک جمعیت از حشرات فراهم می کند. این یافته ها می توانند توسعه درایوهای ژن را برای سرکوب جمعیت پشه ها تا سطحی که از انتقال مالاریا پشتیبانی نکند، تسریع کند.
سیستم های درایو ژن سنتزی با استفاده از اندونوکلئازهای اختصاصی مکان، برای گسترش صفات به جمعیت، ابتدا بیش از یک دهه پیش پیشنهاد شدند (1). این پیشنهاد ابتدا از فعالیت یک رده از عناصر ژنتیکی خودخواه طبیعی، که در بسیاری از موجودات تک سلولی یافت می شود، به نام ژن های اندونوکلئازهای homing ( HEG) الهام گرفت. پروتئین های ک شده توسط HED می توانند توالی 15 تا 30 جفت بازی DNA را شناسایی و تجزیه کنند. HEG در توالی تشخیص DNA واقع شده و آن را نسبت به شکاف های بعدی مقاوم می سازد. با این حال، زمانی که HEG با یک کروموزوم حاوی توالی تشخیص پیوسته ارتباط برقرار می کند، شکست دو رشته ای (DSB ) ناشی از شکافت، اغلب با استفاده از کروموزوم همولوگ به عنوان یک الگو ترمیم می شود و باعث تبدیل موفق یک هتروزیگوت به یک هموزیگوت در یک فرآیند معروف به homing می شود. از طریق این مکانیسم، فراوانی یک HEG می تواند به سرعت در یک جمعیت افزایش یابد. HEG های طبیعی می توانند در اصل به عنوان یک سیستم درایو ژن در پشه ها عمل کنند، زیرا می توانند برای شناسایی ژن های پشه مجددا طراحی شوند (2). یک HEG بیان شده در ژرم لاین پشه ی نر که یک مکان شناسایی مرفی شده به صورت مصنوعی را شناسایی می کند، نرخ بالایی از وراثت فوق مندلی را نشان داده و به سرعت به جمعیت در قفس حمله می کند (2). نرخ انتقال افزایش یافته توسط سیستم های درایو ژن مبتنی بر اندونوکلئاز می تواند به لحاظ نظری مهم تر از هزینه ی سازشی ناشی از فعالیت های شکافت و اختلال در محل هدف باشد. در صورتی که این اتفاق بیفتد؛ یک ساختار درایو می تواند دریک جمعیت گسترش یابد، تا زمانی که به فراوانی تعادل، با کاهش متوسط سازش برای جمعیت برسد (1).
Gene drive systems that enable super-Mendelian inheritance of a transgene have the potential to modify insect populations over a timeframe of a few years. We describe CRISPR-Cas9 endonuclease constructs that function as gene drive systems in Anopheles gambiae, the main vector for malaria. We identified three genes (AGAP005958, AGAP011377 and AGAP007280) that confer a recessive female-sterility phenotype upon disruption, and inserted into each locus CRISPR-Cas9 gene drive constructs designed to target and edit each gene. For each targeted locus we observed a strong gene drive at the molecular level, with transmission rates to progeny of 91.4 to 99.6%. Population modeling and cage experiments indicate that a CRISPR-Cas9 construct targeting one of these loci, AGAP007280, meets the minimum requirement for a gene drive targeting female reproduction in an insect population. These findings could expedite the development of gene drives to suppress mosquito populations to levels that do not support malaria transmission.
Synthetic gene drive systems using site-specific endonucleases to spread traits into a population were first proposed more than a decade ago1. This proposal was initially inspired by the action of a class of natural selfish genetic elements, found in many single-cell organisms, named homing endonuclease genes (HEGs). HEG-encoded proteins can recognize and cleave a 15- to 30-bp DNA sequence. HEGs are located within the DNA recognition sequence, rendering it resistant to further cleavage. However, when the HEG comes into contact with a chromosome containing the uninterrupted recognition sequence, the double-strand break (DSB) induced by the cleavage is often repaired using the homologous chromosome as a template, effectively converting a heterozygote into a homozygote in a process known as ‘homing’. Through this mechanism, the frequency of an HEG can rapidly increase in a population. Naturally occurring HEGs can in principle be adapted to function as a gene drive system in mosquitoes because they can be re-engineered to recognize mosquito genes2. An HEG expressed in the male mosquito germline that recognizes an artificially introduced recognition site shows high rates of super-Mendelian inheritance and rapidly invades a caged population2. The increased transmission rate provided by endonuclease-based gene drive systems could theoretically outweigh the fitness costs arising from the cleavage activity and disruption of the targeted sites. If this proviso is met, a drive construct can spread through a population until it reaches an equilibrium frequency, with a reduced mean fitness for the population1.
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه