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Nature解读!一种新型CRISPR技术或能为基因疗法带来革命性变革 从而治疗人类的遗传性疾病

来源:本站原创 2021-02-23 22:17

2021年2月24日 讯 /生物谷BIOON/ --近日,一篇发表在国际杂志Nature上题为“In vivo base editing rescues Hutchinson–Gilford progeria syndrome in mice”的研究报告中,来自美国MIT和博德研究所等机构的科学家们报道了一项标志基因疗法里程碑式的研究成果。研究者表示,一种新型的CRISPR技术或能给基因疗法带来革命性的变革,从而为治疗遗传性疾病患者带来新的希望。

文章中,研究人员对儿童早衰症进行了研究,这是一种导致儿童迅速衰老的遗传性疾病,目前科学家们开发出的第二代CRISPR基因编辑技术—碱基编辑(base editing)已经在小鼠机体中进行了成功测试,在这一技术的帮助下,研究人员最终或有望纠正人类的终生遗传性疾病,包括儿童早衰症等。

一种罕见但致命的疾病

在这项研究突破之前,研究者Francis Collins已经对儿童早衰症进行了多年研究,携带早衰症突变的儿童往往智力正常,但会表现出普遍衰老的早期迹象,包括脱发和听力损失等;到了十几岁后患儿就会显得非常老。这些青少年患者很少有能活过13岁的;2003年,研究人员发现,儿童早衰症是由一种编码Lamin A蛋白的基因发生突变所致,而Lamin A蛋白在细胞核中扮演着一种关键的结构角色。

图片来源:Shutterstock

很多人都会携带多种基因突变,但由于我们通常有两个基因拷贝,一个来自父亲,一个来自母亲,往往拥有一个良好的基因拷贝就足够了。但Lamin A的早衰症突变就不同了,虽然患者机体中可能有一个好的基因拷贝存在,但突变的拷贝会产生一种有毒的产物将事情搞得一团糟,这种类型的突变称之为“显性阴性突变”。理想情况下的解决方案是利用CRISPR技术纠正突变的拷贝,通过这种基因编辑工具,科学家们就能将一对分子剪刀导向基因组中的任何部位,但很不幸的是,第一代CRISPR技术虽然擅长切割基因,但并不具备纠正Lamin A突变的精确度和效率。

大规模细胞编辑所带来的并发症

CRISPR剪刀善于寻找目标并进行切割,但随后的重建手术则由细胞来完成,而且这并不能保证每个细胞都会发生。在实验室中,研究人员通常只需要纠正几个细胞就能够搞定,然后再将其在培养皿中进一步研究。但在人类机体中,我们需要纠正大多数细胞,甚至所有细胞;如果只纠正患者手指上5个细胞的早衰症突变,而让机体中其它细胞不被修复,或许就毫无意义。

这就是研究者David Liu在碱基编辑技术方面工作至关重要的地方,他很早就发现了CRISPR技术的局限性,并开始研发仅能作为靶向分子剪刀操作的分子机器。他从天然存在的酶入手,这些酶类能将遗传密码中的一种化学碱基改变为另一种,比如讲A转化为G,或者将C转化为T。随后研究者Liu对这些酶类进行了修饰使其更加精准,并将其与CRISPR进行融合,开发出称之为碱基编辑器的融合蛋白,由于CRISPR技术善于读取DNA并找到目标,因此研究者就能有效地将编辑器运送到需要改变的基因位点。

但需要强调的一点是,研究者Liu特意开发了一种碱基编辑器以便能让其改变碱基,但不再像CRISPR剪刀一样切断DNA分子,这一点至关重要,因为切断DNA会增加更大的染色体缺失的风险,这或许就会损害细胞。

小鼠和男性的差异

研究者知道,他们必须将碱基编辑器植入到患有早衰症的小鼠机体细胞中来治愈这种疾病,为此他们利用一种镂空的病毒作为运输载体。文章中,研究人员使用了一种基于腺相关病毒(AAV)的载体,AAV是一种最小的病毒之一,其不会引起任何已知的疾病。研究者Collins等人将AAV病毒颗粒与编码相关碱基编辑酶的基因进行包装,随后将其运送到小鼠体内,被治疗的小鼠基本上就能避免疾病的发生,从而变得和健康小鼠没有区别。

当然了,这一切都发生在小鼠机体中,而人类的体型更大;研究人员并不清楚将这种该基因编辑机器升级到人类机体中会有多大困难,但无论如何,他们已经向前迈进了重要的一步,而且展示了在小鼠机体中使用的可能性。基因编辑CRISPR工具对于致力于利用基因疗法的专家和患有早衰症的家庭而言或许是一个疾病得到治愈梦想成真的机会;目前这方面的工作刚刚开始,后期科学家们还需要进行更为深入的研究来继续推进。(生物谷Bioon.com)

参考资料:

【1】Koblan, L.W., Erdos, M.R., Wilson, C. et al. In vivo base editing rescues Hutchinson–Gilford progeria syndrome in mice. Nature 589, 608–614 (2021). doi:10.1038/s41586-020-03086-7

【2】New CRISPR technology could revolutionize gene therapy, offering new hope to people with genetic diseases

by Merlin Crossley, The Conversation

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