PNAS艾滋病研究突破:CRISPR技术根除病毒
生物通/何嫱 · 2014/11/27
7月21日发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇文章中,研究人员利用基因组编辑技术的精确剪切,将艾滋病毒从人类基因组中剔除。研究人员采用了CRISPR/Cas9 基因组编辑系统,针对几个人类细胞系,比如小胶质细胞和T细胞进行了研究,从这些细胞中去除了HIV病毒。


艾滋病病毒与其它逆转录病毒一样,其遗传物质也是整合到人体宿主基因组上进行复制,虽然抗逆转录病毒疗法可以有效的抑制艾滋病毒,但是却不能根除这些整合性病毒,这些病毒就可以在治疗期间潜伏休眠,一旦治疗中止,又重新开始复制。

不过7月21日发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇文章中,研究人员利用基因组编辑技术的精确剪切,将艾滋病毒从人类基因组中剔除。

“研究人员通过几个系统进行了研究,”Fred Hutchinson 癌症研究中心的Daniel Stone评论道,“其中这种方法确实能令人信服,不过接下来还有个问题,那就是如何递送这一系统?”

天普大学的 Kamel Khalili等人采用了CRISPR/Cas9 基因组编辑系统,针对几个人类细胞系,比如小胶质细胞和T细胞进行了研究,从这些细胞中去除了HIV病毒。他们靶向的是病毒的5'和3'末端,也就是长末 端重复序列(LTRs),这样整个病毒基因组都被删除了。

CRISPR (clustered regularly interspersed short palindromic repeats)/Cas是源于细菌及古细菌中的一种后天免疫系统,它可利用靶位点特异性的RNA指导Cas蛋白对靶位点序列进行修饰。其中的一个关键因 子就是Cas酶,能用于切断靶标DNA,比如目的基因中的DNA片段,另外一个就是称为导向RNA(gRNA)的RNA分子,这种分子能通过互补结合靶 标。

研究人员发现Cas9酶不仅能切去HIV基因组中的一个拷贝,而且能在同一细胞中,剪切掉潜伏于不同染色体的另外一个拷贝。Khalili说,细胞常常有几个潜伏期的HIV病毒拷贝,分布在不同染色体中。“这一技术最有可能清楚掉病毒DNA”,他说。

此外,这项研究报道的基因编辑方法也阻止了随后的艾滋病毒感染。这“在之前是无法实现的”。

这项研究基于此前京都大学在Nature杂志上发表的一篇文章:Harnessing the CRISPR/Cas9 system to disrupt latent HIV-1 provirus,Yoshio Koyanagi和他的同事也是利用 CRISPR/Cas9 方法来干扰艾滋病毒。

不过最新这项研究采用的是两个导向RNAs,能清楚LTRs末端,这种方法“似乎比单个gRNA表达策略,更能有效的诱导HIV-1 LTR插入/删除基因突变,并删除HIV-1前病毒 DNA”。

CRISPR/Cas9 方法的一个局限性就是这种方法可能会删除基因组中的非靶标区域,也就是所谓的脱靶效应(off-target effects),Khalili研究组进行了整个基因组的研究,寻找脱靶可能性,但是均没有发现。

目前Koyanagi研究组正在进行另外一个不同的 CRISPR 方法研究,希望能“冲去”HIV病毒,也就是激活休眠的HIV病毒,然后通过抗逆转录病毒疗法去除这些病毒。

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  • RNA-directed gene editing specifically eradicates latent and prevents new HIV-1 infection.

    AIDS remains incurable due to the permanent integration of HIV-1 into the host genome, imparting risk of viral reactivation even after antiretroviral therapy. New strategies are needed to ablate the viral genome from latently infected cells, because current methods are too inefficient and prone to adverse off-target effects. To eliminate the integrated HIV-1 genome, we used the Cas9/guide RNA (gRNA) system, in single and multiplex configurations. We identified highly specific targets within the HIV-1 LTR U3 region that were efficiently edited by Cas9/gRNA, inactivating viral gene expression and replication in latently infected microglial, promonocytic, and T cells. Cas9/gRNAs caused neither genotoxicity nor off-target editing to the host cells, and completely excised a 9,709-bp fragment of integrated proviral DNA that spanned from its 5' to 3' LTRs. Furthermore, the presence of multiplex gRNAs within Cas9-expressing cells prevented HIV-1 infection. Our results suggest that Cas9/gRNA can be engineered to provide a specific, efficacious prophylactic and therapeutic approach against AIDS.

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