突破性进展!Cell:不切割DNA的CRISPR技术,可治疗多种疾病
2017/12/09
这是CRISPR领域的又一项突破性进展!最新发表在Cell杂志上的一篇论文描述了一种“无需切割DNA双链,通过激活基因表达”来实现基因组编辑的新CRISPR技术。更令人振奋的是,研究证实,这一新技术能够在小鼠中被用于治疗多种不同的疾病,有望绕过现有基因编辑技术治疗人类疾病的主要障碍。


Credit: © vchalup / Fotolia

目前,科学家们对基因编辑技术,尤其是CRISPR-Cas9技术的大部分“热情”是集中在开发它们用于“插入或删除基因以及修复致病突变”。但CRISPR-Cas9技术(通常通过切断DNA双链发挥作用)存在的一个主要问题是,在某些时候,会留下新的突变,带来不确定的副作用。

12月7日,在线发表于Cell上的这项研究中,来自Salk生物学研究所的科学家们报道了一种“修改版”的CRISPR-Cas9技术——它的功能是改变疾病相关基因(disease-associated genes)的活性,而不是改变基因的序列。


Juan Carlos Izpisua Belmonte教授(图片来源:以下视频)

论文的通讯作者Juan Carlos Izpisua Belmonte教授说:“切割DNA会带来引入新突变的机会,可能会出现有害的错误——这是遗传学领域的一个重要瓶颈。”

为了避免引发这种有害的错误,Belmonte教授的实验室开发出了无需切割DNA的新CRISPR-Cas9系统。这一成果首次提供了证据证明,利用“表观遗传编辑技术”(epigenetic editing technology)能够改变动物的表型,并保持DNA完整性。

不切割DNA的CRISPR技术

推荐大家看一下这个有(dou)趣(bi)的视频。(视频地址:https://v.qq.com/x/page/s0516n7euwf.html)

具体来说,为了实现“表观遗传编辑”,科学家们使用了2个腺相关病毒adeno-associated viruses,AAVs)作为载体。在其中一个AAV中,研究人员插入了表达Cas9酶的基因;同时,他们利用另一个AAV引入了短sgRNAsingle guide RNA,指定了Cas9结合在小鼠基因组中的精确位置以及一个转录激活剂transcriptional activator)。

与先前大多数CRISPR-Cas9技术使用的由20个核苷酸组成的sgRNA相比,这一新技术中使用的“短sgRNA”只有14或15个核苷酸。研究人员表示,正是这一改变阻止了Cas9切割DNA。他们使用这种修改版的sgRNA来让转录激活剂与Cas9酶一起工作。


利用传统的CRISPR-Cas9技术时,研究人员首先需要构建一个sgRNA。sgRNA中包含一段与目标DNA匹配的序列,被附着在Cas9酶上。将Cas9-sgRNA复合物引入到目标细胞后,sgRNA会找到与其匹配的DNA序列,然后,Cas9酶结合目标DNA序列,切断双链。(图片来源:网络)

治疗多种不同疾病

论文的共同第一作者Fumiyuki Hatanaka解释道:“我们希望在不切割DNA的前提下改变细胞的命运,并产生治疗效果。”

而在这一研究中,新CRISPR技术在多种疾病小鼠模型中实现了“疾病逆转”。具体来说,1)在急性肾脏疾病小鼠模型中,该技术激活了先前受损或沉默的基因,恢复了正常的肾功能;2)同时,借助该技术还能够诱导一些肝细胞分化成胰腺β样细胞(pancreatic beta-like cells,作用是产生胰岛素),部分挽救了1型糖尿病小鼠模型;3)此外,该技术还恢复了肌肉萎缩症小鼠模型的肌肉生长和功能。值得一提的是,研究人员并没有试图纠正与这一疾病相关的突变基因,而是增加了在相同通路中基因的表达。


图片来源:以上视频

Belmonte教授强调:“我们并没有修复基因,突变依然存在。相反,我们是在表观基因组(epigenome)上做工作。我们的技术使相同通路中的其他基因表达得以恢复,这足以恢复这些突变小鼠的肌肉功能。”

对于这些成果,Hatanaka表示:“当我们看到这些小鼠中的结果时,我们是非常兴奋的。这表明,我们不仅借助该技术诱导了基因激活,同时,还引发了小鼠的生理学变化。”

未来潜在治疗前景

这些初步的数据表明,新CRISPR技术是安全的,不会产生不想要的基因突变。不过,科学家们表示,在将这一技术带向临床前,他们将做更多的研究,以确保它的安全性、实用性和有效性。

Belmonte教授认为,这项技术有望成为治疗神经系统疾病如阿尔茨海默症、帕金森病)的一种方法。就像该技术在小鼠模型中恢复了肾脏、肌肉和胰岛素生产功能一样,他看到了一个让神经元重新焕发活力的未来,甚至,有一天可能也会在人类患者中实现这一愿望。同时,这一技术还有望用于逆转衰老及相关疾病,如听力损失、黄斑变性。

参考资料:

CRISPR-Cas9 technique targeting epigenetics reverses disease in mice

Salk scientists modify CRISPR to epigenetically treat diabetes, kidney disease, muscular dystrophy

In Vivo Target Gene Activation via CRISPR/Cas9-Mediated Trans-epigenetic Modulation

所有文章仅代表作者观点,不代表本站立场。如若转载请联系原作者。
查看更多
  • In Vivo Target Gene Activation via CRISPR/Cas9-Mediated Trans-epigenetic Modulation

    Current genome-editing systems generally rely on inducing DNA double-strand breaks (DSBs). This may limit their utility in clinical therapies, as unwanted mutations caused by DSBs can have deleterious effects. CRISPR/Cas9 system has recently been repurposed to enable target gene activation, allowing regulation of endogenous gene expression without creating DSBs. However, in vivo implementation of this gain-of-function system has proven difficult. Here, we report a robust system for in vivo activation of endogenous target genes through trans-epigenetic remodeling. The system relies on recruitment of Cas9 and transcriptional activation complexes to target loci by modified single guide RNAs. As proof-of-concept, we used this technology to treat mouse models of diabetes, muscular dystrophy, and acute kidney disease. Results demonstrate that CRISPR/Cas9-mediated target gene activation can be achieved in vivo, leading to measurable phenotypes and amelioration of disease symptoms. This establishes new avenues for developing targeted epigenetic therapies against human diseases.

    展开 收起
发表评论 我在frontend\modules\comment\widgets\views\文件夹下面 test