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Genome Biol:利用CRISPR-SKIP跳过基因中的特定外显子,有望治疗多种遗传疾病

来源:本站原创 2018-08-25 06:48

2018年8月25日/生物谷BIOON/---在哺乳动物细胞中,基因被分解成被称为外显子的片段,这些外显子散布在非编码DNA区域中。当细胞中的转录复合物将一个基因转录成RNA接着将其翻译为蛋白时,DNA序列中存在的信号表明哪些部分是外显子,哪些部分不是这个基因的一部分。细胞将从编码部分(即外显子)转录的RNA拼接在一起,得到一个连续的RNA模板,用来制造蛋白。

CRISPR基因编辑技术通常通过在靶基因的开始处让DNA断裂来关闭基因,随后当断裂的DNA重新连接在一起时诱导突变产生。这种方法能够引起问题,比如在DNA的预期靶位点之外的位置发生断裂,断裂的DNA重新结合到不同的染色体上。

在一项新的研究中,来自美国伊利诺伊大学的研究人员对CRISPR基因编辑技术进行改进,使得当将细胞中的一个基因转录为用于蛋白制造的RNA模板时,细胞中的转录复合物能够跳过这个基因的部分区域。这种被称作CRISPR-SKIP的新技术不会导致DNA链断裂,相反仅改变靶DNA序列中的单个位点。这不仅给人们提供一种方法来清除发生突变的基因序列,而且也给人们提供一种方法来影响基因表达和调节。这种靶向编辑可能有朝一日用于治疗基因组突变引发的遗传疾病,比如杜兴氏肌肉萎缩症、亨廷顿舞蹈病或一些癌症。相关研究结果于2018年8月15日发表在Genome Biology期刊上,论文标题为“CRISPR-SKIP: programmable gene splicing with single base editors”。论文通信作者为伊利诺伊大学物理学教授Jun Song和伊利诺伊大学生物工程教授Pablo Perez-Pinera。
图片来自Genome Biology, doi:10.1186/s13059-018-1482-5。

CRISPR-SKIP改变一个外显子起始处之前的单个碱基,从而导致细胞将这个外显子作为一个非编码区加以读取。当细胞将这个外显子作为一个非编码DNA片段时,它就不会出现在成熟的RNA中,因而有效地移除蛋白中它所编码的氨基酸片段。尽管跳过一个外显子导致蛋白缺失一些氨基酸,但是由此产生的截短蛋白经常保持部分或全部活性,这可能足以恢复一些遗传疾病中的功能。

尽管也有其他的方法跳过一个外显子或者说移除一些氨基酸,但是鉴于它们不能够永久性地改变DNA,因此它们仅提供暂时的益处,而且需要在患者的一生当中反复地给药。通过利用CRISPR-SKIP对基因组DNA中的单个碱基进行编辑,这些研究人员能够永久性地清除一个外显子,因此仅单次治疗就可实现对疾病的长期校正。

这些研究人员在来自小鼠和人类的三种不同的细胞系(包括健康的细胞系和癌细胞系)中测试了CRISPR-SKIP技术,结果证实它能够用于不同类型的细胞中。他们对接受CRISPR-SKIP处理的细胞中的DNA和RNA进行测序,发现CRISPR-SKIP系统能够高效地靶向特定碱基和跳过一个外显子,并且还证实如果需要的话,能够将靶向不同位点的CRISPR-SKIP组合在一起跳过一个基因中的多个外显子。他们希望在活的动物体内测试这种技术的编辑效率,这是评估它的治疗潜力的第一步。比如,在杜兴氏肌肉萎缩症中,仅校正5%~10%的细胞就足以实现治疗的益处。利用CRISPR-SKIP,这些研究人员在他们研究过的很多细胞系中观察到校正率达到20%~30%以上。

鉴于这些研究人员在非靶标位点上观察到一些突变,他们如今正在努力让CRISPR-SKIP变得更加高效和更加特异性。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Michael Gapinske†, Alan Luu†, Jackson Winter et al. CRISPR-SKIP: programmable gene splicing with single base editors. Genome Biology, 15 August 2018, 19:107, doi:10.1186/s13059-018-1482-5.

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