Salk研究所开发“通用型”基因编辑工具,可靶向多种突变和细胞类型
2019/08/27
美国Salk研究所的研究人员开发了一种名为SATI的新工具,能够针对多种突变和细胞类型编辑小鼠基因组。该基因编辑技术,可应用于如亨廷顿氏舞蹈症和罕见的早衰综合征(早衰症)等。


基因编辑技术为治疗各种遗传疾病带来了希望。然而,许多类型的基因编辑工具都无法靶向DNA的关键区域,对于包含分裂或非分裂状态的不同细胞类型的组织开发通用且有效的体内基因组编辑工具仍然是一个挑战。

继上周“CRISPR先驱”张锋实验室的博士后研究员Randall Platt教授带来了CRISPR-Cas技术革命性突破——实现同时对细胞内基因的25个靶点进行编辑,甚至理论上能进一步增加到数百个基因。

现在,美国Salk研究所的研究人员又开发了一种名为SATI的新工具,能够针对多种突变和细胞类型编辑小鼠基因组。这项新的基因组编辑技术,有望被广泛应用于亨廷顿舞蹈症(Huntington’s disease)和罕见的早衰综合征(progeria)等基因突变疾病。相关研究结果于8月23日发表在《Cell Research》杂志上。


https://doi.org/10.1038/s41422-019-0213-0

Salk研究所基因表达实验室教授、论文资深作者Juan Carlos Izpisua Belmonte表示:“这项研究表明,SATI是一种强大的基因组编辑工具。这将有助于开发有效的目标基因置换策略来替代许多不同类型的突变,并为使用基因组编辑工具治疗多种遗传疾病打开大门。”

通常来说,利用细胞的正常DNA修复机制,基因编辑技术(尤其是CRISPR/cas9系统)在分裂细胞(如皮肤或肠道细胞)方面最为有效。Izpisua Belmonte实验室之前曾证明,他们基于CRISPR/cas9的基因编辑技术,称为HITI(用于同源独立的靶向整合),可以同时靶向分裂细胞和非分裂细胞。蛋白质编码区域的功能类似于制作蛋白质的“食谱”,而被称为非编码区域的区域则像“厨师”一样决定要做多少食物。这些非编码区域构成了DNA的绝大部分(约98%),并调控包括关闭和打开基因在内的许多细胞功能,因此可能成为未来基因治疗的潜在目标。


Neuron使用SATI技术进行定位。图片来源:Salk研究所

论文的第一作者、Izpisua Belmonte实验室的博士后研究员Mako Yamamoto说道:“我们试图创建一个多功能工具来靶向DNA这些非编码区域,这些区域不会影响基因的功能,并能够靶向多种突变和细胞类型。作为概念验证,我们重点研究了一种突变引起过早衰的小鼠模型,这种突变很难用现有的基因组编辑工具进行修复。”

研究人员在患有早衰症的活小鼠身上测试了SATI技术。早衰症是由LMNA基因突变引起的。患有早衰症的人类和小鼠都表现出过早衰老、心功能障碍的迹象,而且由于一种叫做早衰素的蛋白质的积累,寿命显著缩短。研究人员利用SATI,将LMNA基因的正常拷贝插入早衰小鼠体内。研究人员能够观察到包括皮肤和脾脏在内的几种组织衰老特征的减弱,以及寿命的延长(与未经治疗的早衰小鼠相比,寿命延长了45%)。如果这是在人类身上,寿命延长将超过10年。


左起:Juan Carlos Izpisua Belmonte、Reyna Hernandez-Benitez、Pradeep Reddy和Mako Yamamoto。图片来源:Salk研究所

SATI其实是HITI的升级版。它的工作原理是在突变位点之前将问题基因的正常拷贝插入DNA的非编码区域。然后,这个新基因通过几种DNA修复途径中的一种,与旧基因一起整合到基因组中,从而减轻了原始突变基因的有害影响,同时又不会因为完全替换它而带来损害。

因此,SATI系统代表了第一个可以靶向多种组织类型DNA非编码区域的体内基因编辑技术。接下来,研究小组的目标是通过增加包含新DNA的细胞数量来提高SATI的效率。

“具体来说,我们将研究DNA修复中涉及的细胞系统的细节,以进一步改进SATI技术以进行更好的DNA校正,”该论文的共同第一作者、Izpisua Belmonte的博士后研究员实验室Reyna Hernandez-Benitez说道。

参考资料:

[1] A novel technology for genome-editing a broad range of mutations in live organisms

[2] New Technology for Gene-Editing Mutations in Live Organisms

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