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Nat Med:碱基编辑器取得重大进展!有望在产前治疗先天性疾病

来源:本站原创 2018-10-09 21:56

2018年10月9日/生物谷BIOON/---在一项新的研究中,来自美国费城儿童医院和宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究人员首次进行产前基因编辑来阻止实验室动物出现致命性的代谢障碍,从而有潜力在出生前治疗人类先天性疾病。这就为在产前利用一种复杂的低毒的工具高效地对致病性基因中的DNA碱基进行编辑提供了概念验证。相关研究结果发表在2018年10月的Nature Medicine期刊上,论文标题为“In utero CRISPR-mediated therapeutic editing of metabolic genes”。论文通信作者为宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的Kiran Musunuru博士 和William H. Peranteau博士。
图片来自Nature Medicine, doi:10.1038/s41591-018-0184-6。

这些研究人员使用了基因编辑工具CRISPR-Cas9和第三代碱基编辑器(base editor 3, BE3)靶向编辑一种调节胆固醇水平的基因,从而降低了在子宫内接受过这种治疗的健康小鼠中的胆固醇水平。他们还在一小部分事先经过基因改造而携带着导致一种致命性肝脏疾病---1型遗传性酪氨酸血症(hereditary tyrosinemia type 1, HT1)---的突变的小鼠中使用产前基因编辑来改善它们的肝脏功能和阻止新生小鼠死亡。

人类中的HT1通常出现在婴儿期,并且通常可以用一种称为尼替西农(nitisinone)的药物和严格的饮食来加以治疗。然而,当治疗失败时,患者有患上肝衰竭或肝癌的风险。产前治疗可能为预防HT1和潜在地预防其他的先天性疾病打开一扇门。

Peranteau说,“我们的最终目标是将这种概念验证研究中使用的方法转化为治疗在妊娠早期诊断出的严重疾病。我们希望将这一策略加以扩展,以便在产前干预当前大多数患者所患的没有有效治疗方法并且导致婴儿死亡或严重并发症的先天性疾病。”

Musunuru说,“我们使用BE3来关闭一种致命性的基因突变的影响。我们还计划利用这种相同的碱基编辑技术不仅破坏突变的影响,而且还直接校正这种突变。”Musunuru之前已证实它能够被用来降低血液中的胆固醇和脂肪水平,这可能导致人们开发出一种预防心血管疾病的“疫苗”。

在这项新的研究中,这些研究了使用BE3,它将CRISPR与一种经过修饰的Cas9连接在一起而形成CRISPR-Cas9基因编辑工具的一种存在部分活性的版本,并利用这种版本作为一种归巢复合物将一种酶携带到胎鼠肝细胞基因组中的一个高度特异性的位置。这种酶对靶基因序列进行化学修饰,从而将一种DNA碱基改变为另一种DNA碱基。BE3可能比CRISPR-Cas9更安全,这是因为它不能完全切割DNA分子,并且在修复这种切割时容易受到意外错误的影响,正如在使用CRISPR-Cas9基因编辑工具时观察到的那样。

这项研究中的这些在产前接受治疗的小鼠在出生后携带着稳定数量的经过基因编辑的肝细胞长达三个月,没有证据表明在其他的DNA位点上存在着不必要的脱靶编辑。在一部分事先经过基因改造产生的HT1小鼠模型中,BE3改善肝功能并保持存活。这些接受BE3治疗的小鼠也比接受尼替西农治疗的小鼠更健康,其中尼替西农是当前的HT1患者的一线治疗药物。

为了运送CRISPR-Cas9和BE3,这些研究人员选择了经常在基因治疗实验中使用的腺病毒载体。鉴于之前的基因治疗研究已表明腺病毒载体可能会引起宿主免疫系统产生意外之外的和有时是有害的反应,他们正在研究替代性运送方法,如脂质纳米颗粒。这些替代性运送方法不太可能刺激不想要的免疫反应。

除了使用碱基编辑技术直接校正导致疾病的突变之外,这些研究人员的未来研究方向将是研究这种技术在其他疾病(包括那些在除肝脏以外的器官中发生的疾病)中的应用。

Peranteau说,“在将产前基因编辑转化为临床实践之前,还需开展大量的研究工作,包括研究更具临床相关性的运送方法,并确保它们的安全性。但是,我们对这种治疗肝脏和其他器官中出现的遗传疾病的方法的潜力感到兴奋,这是因为目前几乎没有针对这些遗传疾病的治疗方案。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Avery C. Rossidis, John D. Stratigis, Alexandra C. Chadwick et al. In utero CRISPR-mediated therapeutic editing of metabolic genes. Nature Medicine, October 2018, 24(10):1513–1518, doi:10.1038/s41591-018-0184-6.

Huiyun Seo & Jin-Soo Kim. Towards therapeutic base editing. Nature Medicine, October 2018, 24(10):1493–1495, doi:10.1038/s41591-018-0215-3.

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