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Nat Biotechnol:重磅!科学家开发出能携带CRISPR系统的新型纳米颗粒 可实现对细胞基因组的精准编辑

来源:生物谷 2017-11-14 22:36

2017年11月15日 讯 /生物谷BIOON/ --近日,刊登在国际著名杂志Nature Biotechnology上的一篇研究报告中,来自MIT的科学家开发出了一种新型纳米颗粒,这种纳米颗粒能够运输CRISPR基因编辑系统,并对小鼠机体的基因进行特异性修饰;因此研究人员就能够利用纳米颗粒来携带CRISPR组分,从而就消除了使用病毒的需要。

图片来源:MIT

利用这种新型的运输技术,研究者就能对大约80%的肝脏细胞进行特定基因的切割,这或许就能达到目前在成体动物中应用CRISPR技术的最佳成功率。 研究者Daniel Anderson教授说道,让我们非常激动的是,我们制造了这种特殊的纳米颗粒,其能被用来永久特异性地编辑成年动物机体肝细胞中的DNA;本文研究中,研究者所研究的一种名为Pcsk9的基因能调节机体胆固醇的水平,而人类机体中该基因的突变或许和一种名为家族性高胆固醇血症的罕见疾病有关,目前FDA批准的两种抗体药物能够抑制Pcsk9基因的表达,然而这些抗体药物需要在患者后半生中定期服用,而新型的纳米技术或能永久性地对该基因进行编辑,同时就为治疗这种罕见疾病提供了新的治疗思路。

靶向作用疾病

很多科学家都在尝试开发安全有效的方法来运输CRISPR所需的组分,其中包括DNA切割酶Cas9和一个短链RNA,其能够引导酶类进入基因组的特殊位点,指导Cas9来发挥切割作用。

在很多情况下,科学家们依赖于病毒来运输Cas9基因和RNA链,2014年,研究人员Anderson及其同事通过研究开发了一种新型的非病毒运输系统,利用CRISPR技术来有效治疗酪氨酸血症(一种肝脏疾病),然而这种运输技术需要进行高压注射,这就会对患者机体肝脏带来潜在的损伤作用。

后来,研究人员就通过将编码Cas9的信使RNA包裹到纳米颗粒中来替代病毒,从而就实现了不用高压注射也能够运输CRISPR的关键组分,利用这种技术,研究者就能够对大约6%的肝脏细胞进行基因靶向编辑,这就足以治疗酪氨酸血症了。这项研究中,研究人员利用纳米颗粒来运输Cas9和RNA导向链,并不需要病毒,为了能够有效运输RNAs,研究者首先必须对RNA进行化学修饰来保护其免于机体酶类的降解作用。

研究人员分析了Cas9和sgRNA(RNA导向链)形成的复合体的结构,目的在于阐明到底是RNA导向链的哪一部分能被化学修饰,还不干扰两个分子的结合,基于前期分析,研究者就开发并且检测了多种可能性的修饰组合。研究者Yin说道,我们能够利用Cas9和sgRNA复合体来作为一种引导工具,并进行测试来确保我们可以对70%的RNA导向链进行修饰,对其进行修饰并不会影响sgRNA和Cas9的结合,而增强化学修饰同样还会增强其二者结合的活性。

对肝脏进行重编程

随后研究人员将这些修饰后的RNA导向链(增强型的sgRNA)包裹入脂质纳米颗粒,此前研究者利用这种纳米颗粒将其它类型的RNA运输到肝脏中,而本文研究中他们将这些脂质纳米颗粒注射到了携带能编码Cas9的mRNA纳米颗粒的小鼠机体中。研究者重点对调节胆固醇水平的Pcsk9基因进行了研究,在超过80%的肝脏细胞中都能消除这种基因,从而就无法在这些小鼠中检测到Pcsk9蛋白的存在,被治疗的小鼠机体总胆固醇水平也会出现35%的下降。

目前研究人员正在寻找是否能利用该技术治疗其它肝脏疾病;研究者Anderson认为,一种能特异性关闭基因表达的完全合成性的纳米颗粒或许就能作为一种强大的工具,这并不仅仅是针对Pcsk9基因,还包括了其它疾病,肝脏是人体重要的器官,同时其也是很多疾病发生的来源,如果能实现对肝脏细胞中DNA的重编程,研究人员或许就能够有效遏制多种肝脏来源的疾病了;本文研究中,研究人员所开发的纳米技术新应用未来或能为基因编辑研究开辟多种途径。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Hao Yin, Chun-Qing Song, Sneha Suresh, et al.Structure-guided chemical modification of guide RNA enables potent non-viral in vivo genome editing. Nature Biotechnology (2017). nature.com/articles/doi:10.1038/nbt.4005

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