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近日，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院賴良學團隊在基因蛋白表達水平的雙向定量調(diào)控領(lǐng)域取得了重要突破，他們提出了一種普適、高效、靈活的基因翻譯調(diào)控新策略。相關(guān)成果在線發(fā)表于《核酸研究》。
研究人員基于對編碼基因Kozak序列的精確操作，提出了一種名為KZ3-edit的新型基因表達調(diào)控策略：利用精準基因編輯技術(shù)在DNA水平上精確修飾起始密碼子上游的3個核苷酸（Kozak序列的一部分，堿基偏好最顯著，被命名為KZ3），這足以高效調(diào)控基因的翻譯效率。
在不改變基因的轉(zhuǎn)錄水平和蛋白質(zhì)序列的情況下，研究人員對mRNA的翻譯水平進行定量和雙向調(diào)控，從而將蛋白表達精細地控制在預(yù)期的水平。通過體外雙熒光報告系統(tǒng)、綠色熒光細胞系及內(nèi)源基因三個層面，研究人員驗證了KZ3-edit策略的有效性和靈活性，并證實通過精準基因編輯工具對基因主效開放閱讀框（pORF）或上游開放閱讀框（uORF）起始密碼子上游KZ3序列的單個堿基改變或堿基組合轉(zhuǎn)變，可以實現(xiàn)特定基因翻譯水平的高效調(diào)控。
研究人員還將該策略應(yīng)用于家兔生物性狀的調(diào)控，分別以調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的PCSK9基因和調(diào)控毛發(fā)生長周期的HR基因為靶基因。一方面，通過改變PCSK9基因的pORF的KZ3序列來直接降低PCSK9蛋白表達量，成功構(gòu)建了低膽固醇家兔模型；另一方面，通過修飾HR基因的uORF—U2HR，改變其KZ3序列而間接上調(diào)HR基因的蛋白表達量，成功構(gòu)建了遺傳性少毛癥家兔模型。這兩種家兔模型的成功構(gòu)建為KZ3-edit策略在基因的精細調(diào)控中的應(yīng)用，以獲得目標生物性狀提供了范例。
該研究以蛋白翻譯調(diào)控元件——Kozak序列為切入點，開發(fā)出一種全新的、普適的策略，用于精細調(diào)控目標基因蛋白表達水平。這種策略在不觸及基因轉(zhuǎn)錄的情況下，既能實現(xiàn)蛋白表達水平的雙向（上調(diào)或下調(diào)）調(diào)控，又能將蛋白表達水平控制在預(yù)測范圍內(nèi)，為基因功能研究、人類遺傳疾病模型構(gòu)建與治療、農(nóng)業(yè)精準分子設(shè)計育種等提供重要的技術(shù)手段。
