今天介绍的是人类人工染色体(Human Artificial Chromosome)，它是最大的基因载体。

简介

        人类人工染色体(HAC)是一种微染色体，在人类细胞群体中起新染色体的作用。也就是说，细胞可以有47条染色体，而不是46条染色体。第47条非常小，大约6-10Mbp大小，而不是自然染色体的50-250Mbp，并且能够携带人类研究人员引入的新基因。理想情况下，研究人员可以整合执行多种功能的不同基因，包括疾病防御。

        利用酵母人工染色体(YAC)和细菌人工染色体(BAC)进行基因治疗，可能导致不可预测的问题。这些载体引入的遗传物质不仅导致不同的表达水平，而且插入物还破坏了原始的基因组。与YAC、BAC不同，HAC是完全独立的染色体。这种与现有遗传物质的分离假设不会产生插入突变体这种稳定性和准确性使得HACs优于其他方法，如病毒载体、YAC和BAC。与病毒载体相比，HAC允许传递更多的DNA(包括启动子和拷贝数变异)

        酵母人工染色体和细菌人工染色体比1997年首次开发的人类人工染色体早。HAC作为基因转移载体，作为阐明人类染色体功能的工具，以及作为积极注释人类基因组的方法，在表达研究中是有用的。

历史

       1997年，通过在人类HT1080细胞的端粒和基因组DNA中加入α-卫星(Alphoid)DNA，首次从头构建了HAC。这就产生了一个全新的微染色体，其中包含了感兴趣的DNA，以及允许其结构和有丝分裂稳定的元素，如端粒和着丝粒序列。由于从头形成HAC的困难，这种方法在很大程度上已被放弃。

制造方式

       目前有两种公认的人类人工染色体载体的模型。第一种是通过改变人类自然染色体来制造一个小染色体。这是通过截短自然染色体，然后通过Cre-Lox重组系统引入独特的遗传物质来完成的。第二种方法涉及从头创造一个新的染色体。由于许多大的基因组片段不能成功地整合到从头构建载体中，因此在从头构建HAC形成方面的进展有限。另一个限制从头载体形成的因素是有限的知识，这需要多种元件，特别是着丝点序列。然而，涉及着丝点序列的挑战已经开始被克服。

应用

       2009年的一项研究显示了HAC的额外好处，即它们能够稳定地包含超大的基因组片段。研究人员加入了2.4Mb的营养不良蛋白基因，其中一个突变是杜氏肌营养不良的关键原因。由此产生的HAC有丝分裂稳定，并能在嵌合小鼠中正确表达肌营养不良蛋白。之前正确表达营养不良蛋白的尝试都失败，是由于该基因过于庞大，从来没有被成功地整合到一个载体中。

       2010年，一种名为21HAC的改良人类人工染色体被报道出来。21HAC是基于人类21号染色体的剥离拷贝，产生一条长5Mb的染色体。21号染色体的截断导致人类的人工染色体具有稳定的有丝分裂能力。21HAC也能被转移到各种物种(老鼠、鸟类、人类)的细胞中。利用21HAC，研究人员能够将单纯疱疹病毒胸苷激酶编码基因插入肿瘤细胞。这种“自杀基因”是激活许多抗病毒药物所必需的。抗病毒药物更昔洛韦在包括健康细胞在内的人群中成功地、选择性地终止了这些靶向肿瘤细胞。这项研究为在基因治疗中使用HAC提供了多种机会

        2011年，研究人员通过截断14号染色体，形成了人类的人工染色体。然后利用Cre-Lox重组系统引入遗传物质。这项特别的研究集中在通过保留部分现有的基因组DNA来改变表达水平。通过保留现有的端粒和亚端粒序列，研究人员能够将编码促红细胞生成素的基因的表达水平放大1000倍以上。这项工作也有很大的基因治疗的意义，因为红细胞生成素控制红细胞的形成。

       HAC已被用于制造转基因动物，用作人类疾病的动物模型，并用于生产药品。

人工染色体全家福