【学术前沿】Cell Regen l CRISPR/Cas基因编辑系统的研究方法及在干细胞中的应用

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基因编辑与干细胞

干细胞具有自我更新能力和多向分化潜能，应用广泛。基因编辑技术能实现目标DNA片段的敲除、置换和插入等，目前常用的方法包括锌指核酸酶ZFNs、转录激活子样效应因子核酸酶TALEN和规律性重复短回文序列簇CRISPR/Cas9等。这两项技术的结合与发展，为更完善的疾病模型和更精确的细胞疗法带来了广阔前景。

Cell Regeneration 的基因编辑与干细胞专辑由中国科学院分子与细胞卓越创新中心的李劲松教授和中国科学院广州生物医药与健康研究院的赖良学教授主持，特邀多位干细胞领域专家从不同角度对CRISPR/Cas技术在干细胞及再生医学领域中的应用进行了回顾、总结、探讨与展望。

即日起，我们将陆续推出Cell Regeneration基因编辑与干细胞专辑系列文章，敬请关注。

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REVIEW

传统的基因研究方法包括正向遗传学和反向遗传学，而基因组编辑技术genome editing作为反向遗传学的一种研究方法，应用范围广泛。在遗传学领域，基因组编辑技术有助于实现基因组的高效操作，推进了功能基因组学的研究。在临床应用方面，已有研究人员尝试运用基因组编辑技术治疗地中海贫血等基因突变导致的遗传疾病，这意味着基因组编辑技术为基因治疗提供了广阔的前景。此外，基因组编辑技术可用于揭示特定基因在干细胞分化和多能性中的作用，加强基于干细胞的应用。

上海科技大学生命科学学院黄行许课题组在Cell Regeneration发表了题为“Methods and applications of CRISPR/Cas system for genome editing in stem cells”的综述文章。文章概述了CRISPR/Cas系统及其衍生技术的发展和应用情况，重点介绍了CRISPR/Cas系统在干细胞领域的应用。

ZFN, Zinc Finger Nuclease和TALEN, Transcription Activator-Like Effector Nucleases，这两种基因组编辑技术利用FokI二聚体核酸酶实现DNA靶向干扰。而CRISPR/Cas系统通过sgRNA引导的核酸内切酶（Cas效应器）切割实现DNA靶向干扰，比ZFN和TALEN更为简单有效，已经得到了广泛的应用。

ZFN, TALEN和CRISPR/Cas系统的作用机制

多能干细胞PSCs由初级干细胞衍生而来，具有分化为特化下游细胞的潜能，再现了不同组织（如大脑）的特异性，对干细胞分化的研究证实了分化细胞的可靠性和功能。在对干细胞开展的研究中，运用基因组编辑技术可以揭示胚胎早期发育的关键信号通路，确认典型信号通路的功能，从而加快干细胞的功能研究。

CRISPR/Cas基因编辑系统在干细胞领域中的应用

此外，基因组编辑技术可以为干细胞治疗提供指导，理论上PSCs移植可用于治疗由特化细胞受损引起的疾病，特别是阿尔茨海默病AD和帕金森病PD等神经退行性疾病。值得注意的是，使用体细胞重编程衍生的诱导多能干细胞iPSCs移植可以避免伦理问题，这种治疗方法已经在PD患者身上进行了试验。

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原标题：《【学术前沿】Cell Regen l CRISPR/Cas基因编辑系统的研究方法及在干细胞中的应用》

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