2019年3月30日訊/
生物谷BIOON/---在一項新的研究中，來自美國德克薩斯大學西南醫學中心的研究人員開發出一種方法來提高杜興氏肌肉營養不良症（Duchenne muscular dystrophy, DMD）CRISPR基因編輯的效率，這可能對優化針對其他疾病的基因療法產生影響。相關研究結果發表在2019年3月6日的Science Advances期刊上，論文標題為「CRISPR-Cas9 corrects Duchenne muscular dystrophy exon 44 deletion mutations in mice and human cells」。
圖片來自UT Southwestern。
這些研究人員利用一種單切割CRISPR基因編輯技術校正小鼠和人類細胞中的一種導致DMD的常見突變。DMD是一種由抗肌萎縮蛋白（dystrophin）缺失導致的致命疾病。
在對這種技術進行測試時，這些研究人員發現調整CRISPR基因編輯組分的劑量能夠顯著地改善編輯後的基因產生的抗肌萎縮蛋白的數量。他們進一步發現，這些組分的最佳比例的變化取決於DNA的哪一部分被編輯。
論文通訊作者、德克薩斯大學西南醫學中心的Eric Olson博士說，「當我們在抗肌萎縮蛋白編碼基因的其他缺陷部分測試CRISPR時，調節我們的組分配方以獲得最佳結果可能很重要。這種新的見解可能進一步促進了CRISPR在治療DMD和許多其他疾病中的應用。」
意想不到的發現這些研究人員使用的基因編輯技術需要兩種組分---一種稱為Cas9的酶和嚮導RNA（gRNA），其中gRNA的功能類似於分子GPS裝置，可將Cas9引導到基因組中待編輯的特定DNA序列上，在那裡，Cas9切割DNA。
Olson博士的實驗室開發了一種通過將Cas9導入到腺相關病毒（AAV）中來編輯抗肌萎縮蛋白編碼基因中缺陷部分的方法，其中AAV是一種無害的病毒，可用於將這兩種編輯組分遞送到細胞中。gRNA已被導入到AAV中以便將Cas9引導到它切割DNA的突變位點上。
這種編輯過程繞過這種突變並使得肌纖維能夠產生抗肌萎縮蛋白。Olson博士之前在大型哺乳動物、小鼠和人類細胞的研究中記錄了積極的結果。
在這些之前的研究中，Olson團隊使用標準的1比1比例的Cas9和gRNA來幫助恢復肌肉中的抗肌萎縮蛋白產量至正常值的90％以上。
在這項新的靶向這個基因的不同部分的研究中，他們發現1比1的比例並不起作用：當被遞送到血液中時，抗肌萎縮蛋白產量僅恢復到正常值的5％。
通過反覆試驗，這些研究人員發現使用10比1比例的gRNA和Cas9允許對抗肌萎縮蛋白編碼基因的特定片段進行最優編輯。在接受CRISPR一劑處理的4周內，在具有一種常見的DMD突變的小鼠中大約90％的肌肉和心肌纖維中的抗肌萎縮蛋白產生得以恢復。
論文第一作者Yi-Li Min博士說，「這很令人驚訝。我們總是使用等量的兩種病毒來遞送gRNA和Cas9，並沒有考慮改變它們的比例。」
缺陷的外顯子作為男孩中最為常見的致命性
遺傳疾病，DMD導致肌肉和心臟衰竭，並導致在30歲出頭時過早死亡。
隨著肌肉退化，患者被迫坐輪椅，最終因為橫膈膜減弱而戴上呼吸器。儘管科學家們幾十年來已知道，組成這個較長的抗肌萎縮蛋白編碼基因的79個外顯子中的任何一個發生缺陷都會導致這種疾病，但是仍然沒有有效治療它的方法。
Olson博士已發表了多項研究，在這些研究中，他的實驗室在DNA的關鍵位點上進行單一切割來校正突變。包括這項最新的專注於剔除外顯子44的研究在內，他的實驗室已創建了針對DMD患者中五種最常見缺陷的CRISPR技術，其中這五種缺陷導致了全球大約一半的DMD病例。外顯子44位於這個基因最常見的突變熱點之一，針對這個外顯子進行臨床治療可能讓大約12%的患者受益。
這些技術迄今為止尚未被批准用於臨床用途，但是Olson團隊在去年發表Science期刊上的一項研究（Science, 2018, doi:10.1126/science.aau1549，詳情參見生物谷新聞報導：
重大進展！利用CRISPR基因編輯技術成功地恢復杜興氏肌肉萎縮症狗模型中的抗肌萎縮蛋白表達）已表明對外顯子51進行 CRISPR編輯阻止了狗的DMD進展，這意味著他們朝著這個目標邁出了重要的一步。在進行這種基因編輯的幾周內，這種缺失的抗肌萎縮蛋白在狗的整個身體的肌肉組織中恢復：它在心臟中的水平恢復到正常水平的92%，它在橫膈膜中的水平恢復到正常水平的58％，其中橫膈膜是呼吸所需的主要肌肉。科學家們估計15％的閾值是顯著幫助DMD患者所必需的。
Olson實驗室正在對狗進行長期研究，以便測量抗肌萎縮蛋白水平是否保持穩定，並確保這些基因編輯不會產生不良副作用。
Olson博士希望下一步就是在人體中開展一項
臨床試驗，這將是德克薩斯大學西南醫學中心
基因治療計劃旨在在未來幾年內推出以應對眾多致命性兒童疾病的幾項
臨床試驗之一。
Olson博士說，「我們在開展
臨床試驗之前還需開展更多的研究工作，但是看到我們走了這麼遠，我們感到非常興奮。」（生物谷 Bioon.com）
參考資料：Yi-Li Min et al. CRISPR-Cas9 corrects Duchenne muscular dystrophy exon 44 deletion mutations in mice and human cells. Science Advances, 2019, doi:10.1126/sciadv.aav4324.