化學所發展CRISPR/Cas9遞送及活體基因編輯新策略

2020-11-26 中國科學院

　　CRISPR/Cas9是一種源自細菌獲得性免疫系統的基因編輯技術，在化學生物學基礎研究及發展新型基因治療技術中具有廣泛的應用前景。然而，其生物醫學應用面臨的關鍵問題之一在於遞送具有基因編輯功能的Cas9核酸酶進入細胞中，並實現活體基因編輯。

　　最近，在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的支持下，中科院化學研究所汪銘課題組通過設計陽離子脂質體與Cas9信使RNA (Cas9 mRNA)之間的分子自組裝製備了Cas9 mRNA納米顆粒，並進一步應用於CRISPR/Cas9的遞送及活體基因編輯。研究人員首先設計了苯硼酸修飾的陽離子脂質體載體，利用其與細胞膜表面唾液酸(sialic acid)之間的靶向性識別作用，以及疾病細胞表面高表達唾液酸化蛋白的特點，實現了細胞系選擇性Cas9 mRNA遞送及靶向基因編輯 (ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11, 46585-46590)。

　　在上述基礎上，進一步設計了細胞微環境可降解的陽離子脂質體載體，實現了高效的Cas9 mRNA遞送和活體基因編輯。研究表明，上述mRNA納米顆粒進入細胞後，可在胞內還原性穀胱甘肽(reduced Glutathione)的作用下發生降解，釋放Cas9 mRNA並翻譯Cas9 核酸酶進行基因編輯。利用脂質體BAMEA-O16B遞送Cas9 mRNA可有效編輯報告信號蛋白的表達(GFP基因編輯效率高達90%)，而通過尾靜脈注射的BAMEA-O16B/Cas9 mRNA納米顆粒可在小鼠肝實質細胞中富集，並調控前蛋白轉化酶枯草桿菌蛋白酶kexin9型(PCSK9，一種介導體內低密度脂蛋白及膽固醇代謝的相關基因)的表達。單次注射BAMEA-O16B/Cas9 mRNA納米顆粒可使小鼠血清中PCSK9蛋白水平下降達80%以上。相關研究成果近期發表於Adv. Mater. 2019, 31, 1902575，博士研究生劉計為第一作者，論文發表後同時被新華網作為研究亮點進行報導。

化學所發展CRISPR/Cas9遞送及活體基因編輯新策略

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