三大基因组编辑工具在诱导多能干细胞中的应用情况如何？

将患者成体细胞重编程为诱导多能干细胞的iPS技术，在构建疾病模型和新药开发中有着很高的应用价值。然而由于遗传变异等原因，iPS构建的疾病模型可能与患病细胞并不完全一样。现在的潮流是，将基因编辑工具用到iPS中去，获得同基因型的疾病模性。日前，Stem Cells and Development杂志上刊登的一篇综述性文章全面探讨了这个问题，我们可以在该杂志的网站上免费读到这篇综述。西奈山伊坎医学院的Ihor Lemischka、Huen Suk Kim、Jeffrey Bernitz和Dung-Fang Lee在这篇文章中，详细介绍了iPSC构建疾病模型的新进展，分析了三种主要基因组编辑工具在这一领域中的应用前景（锌指酶ZFN、TALEN和CRISPR）。“iPSC在药物筛选和疾病模型中越来越受到重视，而基因组编辑工具可以帮助我们进一步完善这一过程。Ihor Lemischka等人为我们展示了这些技术的优势和短板，”杂志主编Graham C. Parker博士说。人胚胎干细胞（hESC）是研究早期人类发育的理想工具，也是细胞替代治疗的宝贵资源。然而免疫排斥和伦理学争议阻碍了hESC的临床使用。不过，山中伸弥及其同事开发的iPS技术绕过了这些障碍。在那之后，iPS技术又迎来了多次改进。现在人们已经利用这一技术在体外获得了多种类型的细胞（神经元、心肌细胞、造血细胞等），并且在小鼠模型中对这些细胞进行了功能研究。将来自患者的iPSC诱导成为受疾病影响的细胞类型，可以模拟人类疾病和进行药物筛选。有时iPS建立的疾病模型与真实的疾病状态并不完全一致。一般来说，对于有着明确致病突变和患病细胞的单基因疾病，iPS技术可以很好的再现其病理现象。但在其它情况下，iPSC并没有那么成功，导致无法进行精确的分析。为此，iPSC与对照之间的基因变异应该被去除，确保更精确的比较和分子分析，在模拟疾病时。越来越多的人开始关注基因组编辑工具，希望由此获得与患病细胞基因型完全相同的疾病模型。ZFN和TALEN已经在这类研究中帮人们成功鉴定了一些疾病新机制。在这种情况下，理解基因组编辑工具的特点和局限性，对于建立更好的疾病模型非常关键。目前，iPS构建疾病模型主要用到的基因组编辑工具是ZFN，也有少数研究使用了TALEN，但CRISPR在这方面的应用还未见报道。ZFN和TALEN的问题在于，它们都会引发脱靶效应，而且在靶标甲基化基因组位点时效率较低。CRISPR系统易于构建，对DNA甲基化不敏感，而且在人类细胞中的效率更高。不过CRISPR的脱靶效应也不容忽视。此外，生成完美iPSC还有许多因素需要考虑，包括选择标记、载体、培养条件、基因校正策略、脱靶效应和基因组的完整性。

总结

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