Cell最新研究：人类人工染色体合成新突破 丨CellPress论文速递

人类人工染色体（HAC）是认识哺乳动物染色体运作机制、建立合成生物学系统的有力工具，但近20年来，这一工具的使用一直受限于人工着丝粒的低效。

美国时间7月25日，美国宾夕法尼亚大学的Ben E. Black教授团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Cell（《细胞》）上发表题为“Human Artificial Chromosomes that Bypass Centromeric DNA”的研究论文，宣布他们在人工着丝粒这一关键部位上取得了重要进展，为避免线粒体DNA重复序列合成困难而建立HAC的问题提供了重要的解决手段。

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“着丝粒曾经被称作染色体的黑箱，”宾夕法尼亚大学生物化学及生物物理学教授Ben Black说。“如果你正在研究任何一种生物过程，并想要能够建立这个过程，那么我们正是在为达成这一目标上取得了进步。”

哺乳动物中的着丝粒是X型染色体的中心点，它为牵拉染色体分离的纺锤丝提供附着点，确保染色体在细胞分裂时得以稳定遗传。人类着丝粒的基因序列是由数千个171bp的重复序列组成。着丝粒DNA也必须经过细胞内的表观遗传学修饰才能正常运作。这些表观遗传学标记（DNA上的蛋白质和化学标记物）被认为是由人体的CENP（Centromere protein，着丝粒蛋白）蛋白于着丝粒处所建立。

第一代HAC依赖于重复的着丝粒序列和CENP-B蛋白，但重复序列导致实验室研究中着丝粒的克隆十分棘手。因此，“最近所有报道的合成染色体都使用了刻意去除重复因素的方法，”Ben Black教授说，这意味着在酵母人工染色体中奏效的技术目前还无法转化到HAC中来。

Ben Black教授的团队现已构建出了两种新的HAC：两者都没有使用CENP-B蛋白，且其中一种没有依赖重复序列。“我们想要打破规则，从一开始就对置于细胞内的DNA予以表观遗传学标记。”Ben Black教授称。

改进后的方法不再需要CENP-B蛋白，从而可提高HAC在细胞环境中的遗传稳定性，为研究者运用基因组方法研究HAC提供可能，而这在之前是难以实现的。

虽然不为人类染色体所必需，但CENP-B蛋白一直被认为对人工着丝粒的形成至关重要。而另一与其密切相关的蛋白质CENP-A实际上却是着丝粒的重要表观遗传标记物，Ben Black教授及其团队已经能够将CENP-A蛋白组装到HAC的DNA上。

Ben Black教授及其团队制造的下一代HAC还需要对功能性染色体的基本成分进行更为深入的研究。由于他们构建的一种HAC没有长的重复段，因此可以使用基因组方法分析丝粒形成区域的序列。目前实现合成遗传系统的常用工具是病毒，将来，更为稳定的HAC能为研究长度超过病毒容纳限度的复杂合成生物学系统打开方便之门。

相关论文信息

论文原文刊载于Cell Press细胞出版社旗下期刊Cell上，点击“阅读原文”或扫描下方二维码查看论文

论文标题：

Human Artificial Chromosomes that Bypass Centromeric DNA

论文网址：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(19)30634-8

DOI:

https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.06.006

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