CRISPR-Cas9基因編輯系統在靈長類中不會導致明顯的脫靶效應

2020-12-03 中國生物技術網

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。

相關焦點

  • 研究發現CRISPR-Cas9基因編輯系統在靈長類中不會導致明顯的脫靶效應
    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。
  • ...蛋白介導的CRISPR-Cas9系統可提高基因編輯效率,同時降低脫靶效應
    根據這些研究結果,他們成功地展示了更精確的基因編輯,並抑制了稱為脫靶效應的非預期基因缺失、插入或突變。抗CRISPR蛋白介導的細胞周期特異性Cas9激活系統,圖片來自Communications Biology, 2020, doi:10.1038/s42003-020-01340-2。雖然之前開發的方法報告了較少的與CRISPR技術相關的脫靶效應,但是這些研究人員表示,這些方法往往表現出較低的編輯效率。
  • CRISPR-Cas9基因編輯技術:熱度背後的冷思考
    近年來,CRISPR/Cas9基因編輯技術正在給整個科研界帶來革命性變化,該技術使用CRISPR系統將Cas9蛋白和嚮導RNA注入小鼠受精卵,就能輕鬆實現基因敲除,同時,注入Donor DNA則可實現基因敲入,甚至國際著名學術期刊Genome Biology有文章指出這項新技術將很快取代使用胚胎幹細胞的基因修飾,看起來小鼠胚胎幹細胞基因修飾技術的終結不可避免。
  • Nature子刊:抗CRISPR蛋白介導的CRISPR-Cas9系統可提高基因編輯...
    根據這些研究結果,他們成功地展示了更精確的基因編輯,並抑制了稱為脫靶效應的非預期基因缺失、插入或突變。抗CRISPR蛋白介導的細胞周期特異性Cas9激活系統,圖片來自Communications Biology, 2020, doi:10.1038/s42003-020-01340-2。雖然之前開發的方法報告了較少的與CRISPR技術相關的脫靶效應,但是這些研究人員表示,這些方法往往表現出較低的編輯效率。
  • 如何用機器學習解決「基因編輯」脫靶效應?
    又一次,計算機科學家和生物學者站在一起,對抗人類向內探索的挑戰——用機器學習預測基因編輯 CRISPR 中的脫靶效應。 今年年初,發表在《自然》生物工程雜誌上的一篇論文描述了 Elevation 這項工具。
  • 世界首次證實單鹼基基因編輯存在脫靶效應
    世界首次證實單鹼基基因編輯存在脫靶效應 原標題:   本報上海3月1日凌晨電(記者顏維琦)基因編輯技術越來越火,然而針對基因編輯工具最大的風險——脫靶效應,一直以來缺乏良好的檢測工具。
  • 《科學》:CRISPR兩大先驅合作,揭示單鹼基編輯易脫靶的原因
    ▎藥明康德內容團隊編輯 2012年,被喻為「上帝的手術刀」的CRISPR-Cas9系統橫空出世,短短的八年裡,這種工具已經應用到包括醫藥、農業、基礎科研等諸多領域。以經典的CRISPR-Cas9為基礎,科學家們還開發出一系列工具,例如可以轉換單個核苷酸的鹼基編輯器,以期治療單基因點突變導致的遺傳疾病。
  • 張鋒團隊CRISPR基因編輯系統可減少脫靶效應
    今日,CRISPR-Cas基因編輯系統的先驅之一張鋒教授在《自然》子刊《Nature Communications》發布一項重要進展,報告了第三個可以編輯人類細胞基因組的CRISPR-Cas系統:CRISPR-Cas12b。
  • PNAS:構建出提高CRISPR-Cas9基因編輯精確度的新變體---SaCas9-HF
    2019年10月13日訊/生物谷BIOON/---在一項新的研究中,來自中國香港城市大學的研究人員開發出基因編輯技術CRISPR-Cas9的一種新變體,它有潛力在人類基因治療期間提高基因編輯的精確度。相比於野生型CRISPR-Cas9,這種新變體降低了DNA中出現的意外變化,這表明它可能在需要高精確度的基因療法中發揮作用。
  • 《科學》:CRISPR兩大先驅合作,揭示單鹼基編輯易脫靶的原因
    以經典的CRISPR-Cas9為基礎,科學家們還開發出一系列工具,例如可以轉換單個核苷酸的鹼基編輯器,以期治療單基因點突變導致的遺傳疾病。然而,這些先進的新技術並非完美,其可能的脫靶效應及潛在的安全隱患同樣十分引人關注。
  • 基因編輯迭代 | 從CRISPR-Cas9到鹼基編輯
    如今,蛋白質工程對基因工程的驅動作用愈加明顯。 第一代的CRISPR基因編輯系統使用的是核酸酶Cas9,這種酶能在特定位點切斷DNA。
  • Science | 科學家成功開發新型檢測技術,可實時檢測基因編輯脫靶效應!
    脫靶效應有可能導致基因突變,其不確定性和未知的安全風險限制了基因編輯技術的推廣應用。目前的基因編輯技術尚無法精準靶向目標序列,並不產生脫靶效應。科學家認為,既然無法完全避免,為安全起見,更好地了解、控制可能產生的脫靶效應是一個不錯的選擇。因此,脫靶檢測方法的開發成為了基因編輯領域的一個研究熱點。
  • Science子刊:利用抗CRISPR蛋白顯著降低CRISPR-Cas9脫靶效應
    如今有研究證實病毒進化出的反制措施,即被稱作抗CRISPR蛋白(anti-CRISPR)的抑制性蛋白,能夠被用來改進作為一種基因治療工具的CRISPR-Cas9,從而降低可能導致不良副作用的脫靶基因編輯。
  • Advanced Science | 華中農業大學棉花團隊系統闡述基因編輯脫靶效應產生原因、脫靶評估及降低脫靶的策略
    ,基因編輯產生的脫靶效應及類型,脫靶效應的機理,動植物的脫靶效應存在的問題;並總結了如何進行sgRNA設計,脫靶效應的評估和預測,避免和減輕脫靶效應的策略以及對預期基因組編輯結果的影響。1、為什麼要關注基因編輯脫靶問題? CRISPR / Cas9系統在基因組編輯中顯示出巨大的潛力,但其脫靶可能給宿主生物帶來嚴重的問題。
  • 5 分鐘學會 cas9 基因敲除——原來設計方案如此簡單
    利用 Cas9 來摧毀入侵 DNA 的 Type Ⅱ CRISPR/Cas 系統, 可以在體外進行基因的編輯。為了提高CRISPR/Cas9 的特異性,使用 Cas9 切口酶和一對 sgRNA,兩個相近的切口造成 DNA 雙鏈斷裂, 誘導細胞發生非同源末端連接修復, 造成目的基因的突變。利用 CRISPR/Cas9 進行基因的編輯,首先要構建有效的 sgRNA。
  • 中國學者開發新型單鹼基編輯工具,顯著降低基因編輯脫靶效應
    研究團隊根據蛋白結構預測了基因編輯過程中決定脫靶的重要胺基酸,並在不影響催化活性的情況下突變相應的胺基酸,最終得到了顯著減低基因編輯脫靶效應的單鹼基編輯工具。Keith Joung等國內外多個研究團隊此前發文報導了單鹼基編輯器存在嚴重的DNA和RNA脫靶效應,該效應可能會引起包括癌症在內的多種非預期的副作用。與此同時,國內外多位科學家通過多種方式研究降低基因編輯DNA和RNA脫靶的方法,取得了一定進展,但也存在一定局限。
  • 【綜述】治療性CRISPR/cas9技術研究進展
    由於這個小鼠模型還不是產生正常B肝病毒感染情況下共價閉合環狀複製中間體,研究人員又在人的細胞系中感染鴨B肝病毒,並用 Crispr/cas9 系統靶向病毒基因組,結果進一步證明 Crispr/cas9 的編輯作用完全可以徹底清除B肝病毒。毫無疑問,任何殘留的病毒基因組都會使得病毒死灰復燃,重新感染。因此,發展高效的 Crispr/cas9 系統對臨床治療很多必要。
  • 三大基因編輯技術PK及市場分析,CRISPR技術易產生脫靶效應仍是重要...
    醫療市場分析公司Kalorama對基因編輯技術和公司進行梳理,動脈網(微信:vcbeat)為你做了編譯和整理。基因編輯技術目前正在面臨索尼和JVC公司式的困境。在基因編輯領域,很多年前就已經出現了包括基於鋅指核酸內切酶和TAL效應因子在內的精準有效的基因編輯技術。
  • DNA扭曲增加CRISPR-Cas9脫靶編輯風險
    2019年3月9日訊/生物谷BIOON/---在一項新的研究中,來自英國帝國理工學院和阿斯利康公司的研究人員指出當使用CRISPR-Cas9時,在基因表達和其他細胞過程中經常發生的DNA扭曲可能導致基因組脫靶變化。這些研究結果可能有助於為在臨床應用上提高基因編輯準確性鋪平道路。
  • 盤點|CRISPR基因編輯技術研究進展
    該小組將細胞適應性效應,與基因組生物標誌物和藥物開發的靶標易處理性相結合,以系統地遴選出特定組織中的新靶標和特定基因型。利用此方法,研究人員能夠驗證Werner症候群(又稱白內障-硬皮病-早老症候群)的ATP依賴性解旋酶(WRN)作為多種癌症類型腫瘤的合成致死靶標,該靶標針對具有微衛星不穩定性的多種癌症類型。