圍繞基因編輯技術(shù)，特別是CRISPR-Cas9技術(shù)的大部分熱情都集中在插入或移除基因或修復(fù)引起疾病的突變的能力上。切割雙鏈DNA分子的CRISPR-Cas9方法的主要問題是細(xì)胞如何響應(yīng)該切割以及如何修復(fù)。隨著頻率的增加，這種技術(shù)會在其不確定的副作用下留下新的突變。

在12月7日發(fā)表在Cell雜志上的一篇論文中，Salk研究所的科學(xué)家報告了一種改良的CRISPR-Cas9技術(shù)，該技術(shù)改變了疾病相關(guān)基因的活性，而不是基礎(chǔ)序列。研究人員證明，這種技術(shù)可用于小鼠治療幾種不同的疾病。

“切割DNA為引入新突變打開了大門，”Salk生物研究所的資深作者Juan Carlos Izpisua Belmonte說，他的實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了這項(xiàng)新技術(shù)。“這是與我們一起使用CRISPR或我們開發(fā)的任何其他切割DNA工具的東西。它是遺傳學(xué)領(lǐng)域的一個主要瓶頸 - 細(xì)胞在切割DNA后可能會引入有害物質(zhì)錯誤“。

這一事實(shí)引導(dǎo)了Belmonte實(shí)驗(yàn)室的每一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樗麄兪褂貌粫懈頓NA的改良CRISPR-Cas9系統(tǒng)開發(fā)了該技術(shù)。他們的發(fā)現(xiàn)是第一個提供證據(jù)表明人們可以用表觀遺傳編輯技術(shù)改變動物的表型，保持DNA的完整性。

Salk技術(shù)背后的主要思想是使用兩種腺相關(guān)病毒(AAV)作為將其遺傳操作機(jī)制引入產(chǎn)后小鼠細(xì)胞的機(jī)制。研究人員將Cas9酶的基因插入到一種AAV病毒中。他們使用另一種AAV病毒來引入短的單指導(dǎo)RNA(sgRNA)，其指定Cas9將結(jié)合的小鼠基因組中的精確位置，以及轉(zhuǎn)錄激活因子。與大多數(shù)CRISPR-Cas9技術(shù)中使用的標(biāo)準(zhǔn)20個核苷酸相比，較短的sgRNA僅為14或15個核苷酸，這可防止Cas9切割DNA。

“基本上，我們使用修飾的指導(dǎo)RNA將轉(zhuǎn)錄激活因子與Cas9一起工作，并將該復(fù)合物傳遞到我們感興趣的基因組區(qū)域，”Belmonte實(shí)驗(yàn)室的共同第一作者Hsin-Kai Liao說。

該復(fù)合物位于感興趣的DNA區(qū)域并促進(jìn)目的基因的表達(dá)。類似的技術(shù)可用于激活幾乎任何基因或遺傳途徑，而沒有引入潛在有害突變的風(fēng)險。

“我們希望在沒有DNA切割的情況下改變細(xì)胞命運(yùn)的治療效率，”共同第一作者Fumiyuki Hatanaka解釋道。

引人注目的是，該團(tuán)隊(duì)在小鼠的幾種疾病模型中證明了疾病逆轉(zhuǎn)。在急性腎病的小鼠模型中，他們表明該技術(shù)激活先前受損或沉默的基因以恢復(fù)正常的腎功能。他們還能夠誘導(dǎo)一些肝細(xì)胞分化成產(chǎn)生胰島素的胰腺樣細(xì)胞，以部分拯救1型糖尿病的小鼠模型。

研究小組還表明，他們可以恢復(fù)肌肉營養(yǎng)不良的小鼠模型中的肌肉生長和功能，這是一種已知基因突變的疾病。研究人員沒有試圖糾正突變基因，而是增加了基因在與突變基因相同的途徑中的表達(dá)，從而超越了受損基因的作用。“我們沒有固定基因;突變?nèi)匀淮嬖冢?rdquo;貝爾蒙特說，“相反，我們正在研究表觀基因組，小鼠在同一途徑中恢復(fù)其他基因的表達(dá)。這足以恢復(fù)肌肉的功能。這些突變小鼠。“

初步數(shù)據(jù)表明該技術(shù)是安全的，不會產(chǎn)生不必要的基因突變。然而，在考慮將其帶入臨床環(huán)境之前，研究人員正在進(jìn)行進(jìn)一步的研究以確保安全性，實(shí)用性和效率。

Belmonte將這項(xiàng)技術(shù)視為一種潛在治療阿爾茨海默氏癥和帕金森病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的方法。正如該技術(shù)在小鼠模型中恢復(fù)腎臟，肌肉和胰島素生成功能一樣，他看到了恢復(fù)神經(jīng)元群體的未來，甚至可能是人類患者的一天。