基因编辑新突破！Science：HACE工具精准操控基因突变，助力疾病治疗

基因突变有好有坏，从对糖尿病等疾病的抵抗力到对某些癌症的易感性。为了研究这些基因突变，科学家们需要将它们直接导入人体细胞。但是，改变细胞内的遗传指令非常复杂。人类基因组由 30 亿个 DNA 碱基对组成，分布在数以万计的基因上。

为此，来自哈佛大学的研究人员在一项新的研究中开发出一种工具，使他们能够只在感兴趣的特定基因中快速产生突变，而不会干扰基因组的其他部分。这种名为“解旋酶辅助连续编辑（Helicase-Assisted Continuous Editing, HACE）”的工具可以被部署到完整活细胞中基因组的预定区域。相关研究结果近期发表在Science期刊上，论文标题为“Helicase-assisted continuous editing for programmable mutagenesis of endogenous genomes”。

论文第一作者Xi Dawn Chen说，“像这样的工具的开发标志着我们直接利用人类细胞进化的能力的重大飞跃。通过对基因组特定部分进行定向诱变，这一工具为开发以前无法实现的酶和治疗方法打开了大门。”

目前的诱变方法涉及插入额外的基因拷贝或同时对许多不同的基因进行广泛诱变，与之不同的是，HACE具有定向位置的优势，就像去一个特定的地址，而不是去一个社区。

这些作者的新型生物工程技术包括将解旋酶（一种能自然“解折叠”DNA 的酶）与一种基因编辑酶相结合。然后，他们使用基因编辑技术CRISPR-Cas9将这两种蛋白引导到他们想要突变的基因上。当解旋酶让DNA解折叠时，它只对该基因序列进行突变。

论文共同通讯作者Fei Chen解释说，“HACE将CRISPR的精确性与编辑DNA长片段的能力结合在一起，使其成为定向进化的强大工具。”

为了展示该工具在实验室中的威力，这些作者用它来识别一个名为MEK1的基因的抗药性突变，其中现有的许多癌症治疗方法靶向所发生的突变，经常失败，因为患病细胞的耐药性机制发生了突变。利用 HACE，他们只对这些突变基因进行了测序，并确定了与曲美替尼（trametinib）和司美替尼（selumetinib）等抗癌药物耐药性相关的几种独特变化，从而深入了解了突变如何影响药物的疗效。

开发出一种对内源基因组进行远程靶向连续诱变的系统——HACE

他们还研究了 SF3B1 基因的突变如何影响 RNA 的组装，其中SF3B1 基因参与了一个叫做 RNA 剪接的生物分子过程。这个基因的突变在血癌中很常见，但目前还不清楚是哪些突变导致了剪接缺陷；有了HACE，他们就能很容易地确定这些变化。

这些作者利用该工具更好地了解DNA调控区域的变化如何影响免疫细胞中一种被认为是癌症免疫疗法的潜在靶点的蛋白的产生。

论文共同通讯作者Bradley Bernstein说，像HACE这样的工具有朝一日可能对基因调控序列进行大规模编辑，然后结合深度学习计算进行破译。Bernstein说，“我们可以想象，许多新的治疗机会都涉及对这些调控序列进行精确编辑或调整，以‘修复’基因活动并缓解疾病。” （生物谷Bioon.com）

参考资料：

Xi Dawn Chen et al. Helicase-assisted continuous editing for programmable mutagenesis of endogenous genomes. Science, 2024, doi:10.1126/science.adn5876.