Nature:基因編輯新技術有望治癒基因缺陷病

2021-01-13 生物谷

說起基因編輯技術，目前最火的就是CRISPR/Cas9系統了，從科研工具到癌症治療，它的應用幾乎可以涵蓋生命科學的各個領域，不過它的應用主要是在分裂細胞中。最近，發表在《自然》期刊上的一篇文章闡述了Salk研究所（Salk Institute）研發的一種利用CRISPR/Cas9系統的創新型基因編輯技術，可以高效地對不分裂細胞進行基因編輯，為基因缺陷疾病治療打開了一扇全新的大門。

位點特異性的基因整合一般是通過同源定向修復途徑（homology-directed repair， HDR），不過它在不分裂細胞中並不適用。在不分裂的細胞中（特別是哺乳動物），另一種雙聯斷裂修復機制——非同源末端連接途徑（non-homologous end joining， NHEJ）——更加活躍。為了對不分裂細胞進行基因編輯，Salk團隊決定從NHEJ途徑開始入手。

▲HDR和NHEJ機制（圖片來源：Nature Biotechnology）

首先，Salk團隊利用CRISPR/Cas9系統對NHEJ機制進行優化，使DNA可以精確地插入到基因組的目標位置。研究者們創建了一個由核酸混合物組成的插入包，命名為「不依賴同源性的靶向整合」（homology-independent targeted integration， HITI）。然後，他們用失活的病毒將含有遺傳指令的HITI插入包遞送到由人胚胎幹細胞分化來的神經元中，插入的基因成功地在神經元細胞中表達。接下來他們將同樣的HITI插入包遞送到成年小鼠大腦的視覺皮層，目標基因也成功地表達了。

初步實驗的成功讓他們決定嘗試基因替換治療，測試這一技術是否可以在患了基因缺陷病——Mertk基因缺陷的視網膜色素變性——而導致失明的小鼠模型中起作用。這一次，他們將含有正常Mertk基因的HITI插件包遞送至3個禮拜大的小鼠眼睛中，在小鼠長到7-8個禮拜的時候，分析顯示患病小鼠對光線有反應，並且一系列的測試顯示小鼠的視力得到部分恢復。

這一階段性的成果讓整個研究小組都很興奮，這說明將這一技術用於動物的基因缺陷修復是非常有希望的。

Salk團隊的下一步計劃是如何提高HITI插入包的遞送效率。HITI技術的優勢在於它幾乎適合所有的靶向基因工程系統，所以隨著這些系統的安全性和效率不斷提高，HITI插入包的應用也會越來越廣。

▲Salk研究所Juan Carlos Izpisua Belmonte教授（圖片來源：Salk官網）

「我們現在可以利用這一技術對不分裂細胞進行基因編輯，來修復大腦、心臟和肝臟地基因缺陷基因。它讓我們第一次有能力去想像治療我們曾經無法治療的疾病，」文章通訊作者、Salk研究所的Juan Carlos Izpisua Belmonte教授說：「我們對這一技術的發現非常興奮，因為這是前所未有的。這是第一次我們可以對不分裂的細胞進行基因編輯，這項發現的應用將不可限量。」（生物谷Bioon.com）

參考資料：

[1] In vivo genome editing via CRISPR/Cas9 mediated homology-independent targeted integration

[2] New gene-editing technology partially restores vision in blind animals

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