Cell：新方法簡化人類人工染色體構建

　　在過去的20年中，科學家們一直在努力完善人類人工染色體（human artificial chromosome, HAC）的構建。在一項新的研究中，來自美國賓夕法尼亞大學的研究人員通過繞過形成天然染色體所需的生物學要求，描述了一種形成HAC的一個重要部分---著絲粒---的新方法。簡言之，他們通過生化手段將一種稱為CENP-A的蛋白直接運送到HAC DNA上，從而簡化實驗室中的HAC構建。相關研究結果發表在2019年7月25日的Cell期刊上，論文標題為“Human Artificial Chromosomes that Bypass Centromeric DNA”。

　　論文通訊作者、賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院生物化學與生物物理學教授Ben Black博士說道，“我們取得的進展簡化了HAC的構建和表征，從而有助于人工制造全人類染色體。”

　　HAC基本上作為新的微型染色體發揮作用，攜帶著一組經過改造的基因，它們可與細胞的天然染色體組一起遺傳。生物工程師設想HAC執行各種任務，包括遞送用于基因治療的大分子蛋白，或者運輸自殺基因來抵抗癌癥。

　　論文第一作者Glennis Logsdon說道，“想象我們構建的HAC是模型大小的染色體。通過能夠以一種更直接的方式構建出HAC上的著絲粒，我們更接近于擴大到全尺寸的染色體。”

　　在分裂過程中從來自母體細胞的HAC遺傳到子細胞中是關鍵，這說明了著絲粒的重要性。著絲粒是在細胞發生分裂時將成對的“姐妹”染色體保持在一起的重復染色體的壓縮區域。若沒有它，整個染色體在細胞分裂期間會丟失。

　　在細胞復制期間，人著絲粒并非簡單地由DNA序列編碼，這一點不同于多年來用于合成染色體研究的面包酵母。比如，哺乳動物依賴于CENP-A蛋白來指定染色體上的著絲粒位置，以便進行精確的細胞分裂。

　　之前在試管中形成HAC著絲粒的嘗試僅在它們“遇到”CENP-A時才會發生，而且這種不太可能發生的事件僅發生在HAC基因組的高度重復DNA序列上。Black說，“然而，高度重復DNA是分子生物學家的噩夢，這是因為利用我們如今擁有的方法研究它們是最為困難的，這是因為這些方法都是針對非重復DNA設計的。”

　　Black團隊通過將CENP-A直接運送給HAC DNA而完全繞過了重復DNA。他們的解決方法涉及“迫使”CENP-A與非重復DNA序列結合，以便形成HAC的新著絲粒。

　　Black說道，“我們采用了我們的著絲粒繞過方法，從而制造出功能齊全的HAC，而且不會遭受過去二十年來重復著絲粒DNA給哺乳動物染色體工程師帶來的克隆噩夢。基于我們的成功，我們和合成染色體領域的其他人如今將有機會獲得迄今為止僅在酵母細胞中取得的成就。”

　　這個合成生物學領域的下一步是將Black實驗室構建的著絲粒與其他人設計的一組基因連接在一起。這個循序漸進的構建項目是人類基因組編寫計劃（Human Genome Project—Write, HGP-write）的目標：構建真實尺寸的合成染色體。Black團隊的貢獻將有助于加速構建基于合成染色體的有用的研究工具和臨床工具。