3.7.5　人类人工染色体

人类人工染色体（human artificial chromosome，HAC）是将人工染色体理论应用于高等真核生物而产生的高容量载体。HAC载体含有人类染色体的必需结构，使HAC载体可以在人源细胞中进行完整的复制和分离，此策略避免了外源DNA插入宿主细胞基因组造成基因插入失活或宿主染色体位置效应导致外源DNA承载基因无法表达的缺点。HAC和YAC及BAC类似，为了保证其在人源细胞的稳定复制和正常分离，它必须具备人染色体的基本结构，即着丝粒、端粒和复制起始区域。1997年Harrington等利用来源于人类17号染色体的卫星DNA体外连接构建成长约1 Mb的人工着丝粒，并将其和端粒序列以及部分基因组DNA相连构建了第一个人类人工染色体。将其转化人类癌细胞，发现进入细胞的微小染色体能够在有丝分裂中稳定存在。目前，有四种不同的HAC构建策略，包括从头合成组装法（bottom up）、端粒介导截短法（top-down）、天然微小染色体改造法和从头染色体诱导合成法。研究人员利用端粒介导截短法和从头染色体诱导合成法成功构建了HAC，然后通过同源重组等方法向HAC中插入各种用途的基因序列，这种技术可以用于基因治疗、基因表达、动物转基因等研究。基因治疗过程中，HAC可以作为基因表达载体，在宿主细胞中表达出正常功能的蛋白，以治疗由于基因缺陷或基因突变导致的遗传疾病。

HAC在应用过程中存在一些技术屏障：第一，在构建微型染色体时会出现DNA重排现象，从而导致HAC的染色体结构不稳定，也发现在未形成新的染色体时，端粒序列插入宿主细胞染色体，从而导致HAC内部片段丢失；第二，由于HAC相对分子质量较大，因此转染效率低，且在宿主细胞中HAC形成效率低，有研究表明HAC在细胞中的形成效率仅为5× 10-5；第三，HAC和基因组DNA差异较小，因此导致HAC分离纯化困难。但很多研究表明HAC对于研究染色体的结构和功能，进而生产转染色体动物，以及在基因治疗等方面具有良好的应用前景。