Background: In contrast to evidences of Ig H chain receptor editing in transformed cell lines and transgenic mouse models, there has been no direct evidence that this phenomenon occurs in human developing B cells. Methods: $V_HDJ_H$ rearrangements were obtained from genomic DNA of individual $IgM^-$ B cells from liver and $IgM^+B$ cells from bone marrow of 18 wk of gestation human fetus by PCR amplification and direct sequencing. Results: We found three examples of H chain receptor editing from $IgM^+$ and $IgM^-human$ fetal B cells. Two types of $V_H$ replacements were identified. The first involved $V_H$ hybrid formation, in which part of a $V_H$ gene from the initial VDJ rearrangement is replaced by part of an upstream $V_H$ gene at the site of cryptic RSS. The second involved a gene conversion like replacement of CDR2, in which another $V_H$ gene donated a portion of its CDR2 sequence to the initial VDJ rearrangement. Conclusion: These data provide evidence of receptor editing at the H chain loci in developing human B cells, and also the first evidence of a gene conversion event in human Ig genes.
The CRISPR-Cas system is a well-established RNA-guided DNA editing technique widely used to modify genomic DNA sequences. I used the CRISPR-Cas9 system to change the second and third nucleotides of the triplet $T{\underline{CT}}$ of human TNSFSF9 in HepG2 cells to $T{\underline{AG}}$ to create an amber stop codon. The $T{\underline{CT}}$ triplet is the codon for Ser at the $172^{nd}$ position of TNSFSF9. The two substituted nucleotides, AG, were confirmed by DNA sequencing of the PCR product followed by PCR amplification of the genomic TNFSF9 gene. Interestingly, sequencing of the cDNA of transcripts of the edited TNFSF9 gene revealed that the $T{\underline{AG}}$ had been re-edited to the wild type triplet $T{\underline{CT}}$, and 1 or 2 bases just before the triplet had been deleted. These observations indicate that CRISPR-Cas9-mediated editing of bases in target genomic DNA can be followed by spontaneous re-editing (correcting) of the bases during transcription.
NAD4 as a gene encoding NADH dehydrogenase subunit 4 in the micodhondrion from maize has been cloned using RT-PCR and sequenced for examining RNA edited sites. Analysis of mt cDNA sequences showed the typical RNA editing patterns and unusual base changes as well;RNA editing from cDNA sequences occured base change from c to U in most cases, however transitions from t to g and G to A were also observed. Even though those editings appared to be occurred randomly, RNA edited sites showed mostly in exon 1 and exon 4 regions, when compared with NAD4 cDNA from wheat, locations of edited sites did not consistent with each other suggesting that the phenomenon of RNA editing occured randomly not site-specific manner.
The virus-induced genome editing (VIGE) system aims to induce targeted mutations in seeds without requiring any tissue culture. Here, we show that tobacco rattle virus (TRV) harboring guide RNA (gRNA) edits germ cells in a wild tobacco, Nicotiana attenuata, that expresses Streptococcus pyogenes Cas9 (SpCas9). We first generated N. attenuata transgenic plants expressing SpCas9 under the control of 35S promoter and infected rosette leaves with TRV carrying gRNA. Gene-edited seeds were not found in the progeny of the infected N. attenuata. Next, the N. attenuata ribosomal protein S5 A (RPS5A) promoter fused to SpCas9 was employed to induce the heritable gene editing with TRV. The RPS5A promoter-driven SpCas9 successfully produced monoallelic mutations at three target genes in N. attenuata seeds with TRV-delivered guide RNA. These monoallelic mutations were found in 2%-6% seeds among M1 progenies. This editing method provides an alternative way to increase the heritable editing efficacy of VIGE.
Genome/gene-editing (GE) techniques, characterized by a low technological barrier, high efficiency, and broad application among organisms, are now being employed not only in medical science but also in agriculture/veterinary science. Different engineered CRISPR/Cas9s have been identified to expand the application of this technology. In pig production, GE is a precise new breeding technology (NBT), and promising outcomes in improving economic traits, such as growth, lean or healthy meat production, animal welfare, and disease resistance, have already been documented and reviewed. These promising achievements in porcine gene editing, including the Myostatin gene knockout (KO) in indigenous breeds to improve lean meat production, the uncoupling protein 1 (UCP1) gene knock-in to enhance piglet thermogenesis and survival under cold stress, the generation of GGTA1 and CMP-N-glycolylneuraminic acid hydroxylase (CMAH) gene double KO (dKO) pigs to produce healthy red meat, and the KO or deletion of exon 7 of the CD163 gene to confer resistance to porcine reproductive and respiratory syndrome virus infection, are described in the present article. Other related approaches for such purposes are also discussed. The current trend of global regulations or legislation for GE organisms is that they are exempted from classification as genetically modified organisms (GMOs) if no exogenes are integrated into the genome, according to product-based and not process-based methods. Moreover, an updated case study in the EU showed that current GMO legislation is not fit for purpose in term of NBTs, which contribute to the objectives of the EU's Green Deal and biodiversity strategies and even meet the United Nations' sustainable development goals for a more resilient and sustainable agri-food system. The GE pigs generated via NBT will be exempted from classification as GMOs, and their global valorization and commercialization can be foreseen.
The plant breeding technology was developed with genetic engineering. Many researchers and breeders have turned from traditional breeding to molecular breeding. Genetically modified organisms (GMO) were developed via molecular breeding technology. Currently, molecular breeding technologies facilitate efficient plant breeding without introducing foreign genes, in virtue by of gene editing technology. Gene targeting (GT) via homologous recombination (HR) is one of the best gene editing methods available to modify specific DNA sequences in genomes. GT utilizes DNA repair pathways. Thus, DNA repair systems are controlled to enhance HR processing. Engineered sequence specific endonucleases were applied to improve GT efficiency. Engineered sequence specific endonucleases like the zinc finger nuclease (ZFN), TAL effector nuclease (TALEN), and CRISPR-Cas9 create DNA double-strand breaks (DSB) that can stimulate HR at a target site. RecQl4, Exo1 and Rad51 are effectors that enhance DSB repair via the HR pathway. This review focuses on recent developments in engineered sequence specific endonucleases and ways to improve the efficiency of GT via HR effectors in plants.
Due to the development of CRISPR technology, the era of effective editing of target genes has arrived. However, the off-target problem that occurs when recognizing target DNA due to the inherent nature of CRISPR components remains the biggest task to be overcome in the future. In this review, the principle of inducing such unintended off-target editing is analyzed from the structural aspect of CRISPR, and the methodology that has been developed to reduce off-target editing until now is summarized.
Clustered regularly-interspaced short palindromic repeats (CRISPR) is a new and effective genetic editing tool. CRISPR was initially found in bacteria to protect it from virus invasions. In the first step, specific DNA strands of virus are identified by guide RNA that is composed of crRNA and tracrRNA. Then RNAse III is required for producing crRNA from pre-crRNA. In The second step, a crRNA:tracrRNA:Cas9 complex guides RNase III to cleave target DNA. After cleavage of DNA by CRISPR-Cas9, DNA can be fixed by Non-Homologous End Joining (NHEJ) and Homology Directed Repair (HDR). Whereas NHEJ is simple and random, HDR is much more complex and accurate. Gene editing by CRISPR is able to be applied to various biological field such as agriculture and treating genetic diseases in human.
Previous studies have modified microbial genomes by introducing gene cassettes containing selectable markers and homologous DNA fragments. However, this requires several steps including homologous recombination and excision of unnecessary DNA regions, such as selectable markers from the modified genome. Further, genomic manipulation often leaves scars and traces that interfere with downstream iterative genome engineering. A decade ago, the CRISPR/Cas system (also known as the bacterial adaptive immune system) revolutionized genome editing technology. Among the various CRISPR nucleases of numerous bacteria and archaea, the Cas9 and Cas12a (Cpf1) systems have been largely adopted for genome editing in all living organisms due to their simplicity, as they consist of a single polypeptide nuclease with a target-recognizing RNA. However, accurate and fine-tuned genome editing remains challenging due to mismatch tolerance and protospacer adjacent motif (PAM)-dependent target recognition. Therefore, this review describes how to overcome the aforementioned hurdles, which especially affect genome editing in higher organisms. Additionally, the biological significance of CRISPR-mediated microbial genome editing is discussed, and future research and development directions are also proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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