CRISPR-Cas9基因編輯系統已被廣泛應用於生物和醫學研究,研究人員正在嘗試利用這一系統進行人類疾病的基因治療。然而,CRISPR-Cas9系統在臨床前的安全性卻缺少全面的評估。之前有研究表明,CRISPR-Cas9系統在小鼠中會造成大量脫靶突變。此外,對細胞系的研究發現,Cas9編輯細胞的基因組目標區域存在大片段結構變異。然而這些研究結果由於實驗設計和數據分析方面的問題一直都存有爭議。
獼猴(Macaca mulatta)作為與人類進化關係最近的可進行遺傳操作的非人靈長類,在大腦發育以及腦結構上都與人類具有高度的相似性。因此,在獼猴疾病模型上探索Cas9基因編輯的脫靶效應對未來的臨床應用至關重要。為了系統評估CRISPR-Cas9在靈長類基因編輯中的脫靶效應,中國科學院昆明動物研究所宿兵課題組、鄭萍課題組、靈長類研究中心與中國科學院上海營養與健康研究所徐書華課題組合作,利用CRISPR-Cas9系統構建了小頭症基因-MCPH1敲除的獼猴模型。通過對多隻基因敲除猴及其野生型父母本進行深度二代測序和分析,發現Cas9在靈長類基因組中並不會造成大量的新生突變。在Cas9編輯猴中僅發現少量的符合靈長類基因組自然突變率的新生突變,並且這些新生突變在基因組中隨機分布,沒有落在預測的潛在脫靶位置上。結果顯示這些新生突變不是Cas9造成的。此外,利用長片段測序技術(PacBio),對MCPH1基因的打靶區域進行了深度測序和分析,發現打靶區域並不存在大片段的結構變異。研究結果表明,CRISPR-Cas9基因編輯系統在靈長類中並不會造成明顯的脫靶效應,具有比較高的安全性。
該研究以Trio deep-sequencing does not reveal unexpected off-target and on-target mutations in Cas9-edited rhesus monkeys為題,於12月4日在《自然-通訊》上發表。昆明動物所博士研究生羅鑫為文章的第一作者,昆明動物所副研究員和耀喜,昆明動物所靈長類研究中心和協超、嚴蘭珍,以及營養與健康所(馬普計算生物學所)博士張超為文章的共同第一作者。昆明動物所研究員宿兵、鄭萍,營養與健康所(馬普計算生物學所)研究員徐書華為文章的共同通訊作者。
該研究得到中科院戰略先導專項、國家自然科學基金委重點項目以及中科院重點專項的資助。