Cell:非切割DNA型CRISPR/Cas9技术可治愈多种疾病

日期: 2017年12月12日


    

导读:基因组编辑的最好方式是不直接切割DNA,造成潜在有害突变的双链断裂(double-strand break,DSB)。但是大多数情况下,普通CRISPR/Cas9基因编辑系统都会产生DSB。最新一期《Cell》描述了一种专注改变基因表达的改良版“表观基因组编辑CRISPR/Cas9系统”,很好地避免了这个问题。赛业小编为您推荐“Cell:非切割DNA型CRISPR/Cas9技术可治愈多种疾病”,详情如下:

  

CRISPR/Cas9基因编辑


基因组编辑的最好方式是不直接切割DNA,造成潜在有害突变的双链断裂(double-strand break,DSB)。但是大多数情况下,普通CRISPR/Cas9基因编辑系统都会产生DSB。最新一期《Cell》描述了一种专注改变基因表达的改良版“表观基因组编辑CRISPR/Cas9系统”,很好地避免了这个问题,也许更适合临床应用。


去年《Genome Biology》就有文章预测,表观基因组编辑逐渐升温,人们希望操纵染色质和表观遗传修饰,借此研究细胞功能和治疗疾病。其中,表观基因组编辑的核心原理是将功能元件招募到目标DNA区域。前两年这种方法尚处于探索阶段,如今越来越多科学家们在动物体内证实了它的有效性。


12月7日,Salk研究所的科学家在《Cell》发表文章,在人类疾病小鼠模型中证实了这种新工具的高效性:保持了DNA的完整性,它成功激活了靶基因。文章描述,这种新系统改善了糖尿病、肌肉萎缩症和急性肾病小鼠的病情。


本质上,转录机器应该位于相关DNA区域以促进相关基因表达。类似地,为了不引入潜在有害突变,这种原理也可以用来激活任何基因或基因通路。


“我们采用改良后的单链向导RNAs,招募Cas9和转录激活复合物至靶位点,”文章作者写到。“这是一个稳健的系统,通过反式-表观遗传调制(trans-epigenetic modulation),可在体内激活内源靶基因。”


这项技术的主要理念是利用两种腺相关病毒AAVs)将遗传改造机器引入出生后的小鼠体内。研究人员先将Cas9酶基因插入其中一种AAV,再将一种为特定基因位点而设计的短单向导RNA(short single guide RNA,sgRNA)和一个转录激活因子插入另一种AAV,让sgRNA结合一个转录激活因子辅助Cas9酶工作。


与常见的CRISPR/Cas9系统向导RNA(20nt)相比,这种sgRNA更短,只有14nt或15nt。因此,该版本的Cas9无法切割DNA。


“革命性技术CRISPR/Cas9帮助人们取得了许多在过去难以想象的进步,尽管有新技术加持,遗传学领域依然存在一个很难跨越的瓶颈:细胞的DNA链受到剪切,细胞就有可能引入有害新突变,”文章通讯作者Salk研究所生物学教授Juan Carlos Izpisua Belmonte说。


“我们想用更有效的基因治疗,不必剪切DNA就能改变细胞命运,”文章一作Fumiyuki Hatanaka解释道。


这篇文章最引入注目的地方是,研究小组利用这种新方法逆转了几种疾病模型的病情!

  

CRISPR-Cas9 激活任何基因或基因通路


在急性肾病小鼠模型中,他们通过激活已经受损的或被沉默的基因,恢复了小鼠正常肾功能。他们还诱导小鼠肝细胞分化为胰腺样细胞,制造出了胰岛素,部分挽救了I型糖尿病小鼠。在肌肉萎缩症(已知的基因突变疾病)小鼠模型中,研究人员没有试图去纠正突变基因,而是增强了同一基因途径中其他基因的表达量以补偿受损基因,虽然突变基因依然存在,但小鼠肌肉功能却奇迹般地恢复了。


初步数据表明,该技术非常安全,不会产生不必要的基因突变。在引入临床检测之前,研究人员将继续进行更多检测,以确保它的安全、实用和有效。


Belmonte认为,这种技术对治疗阿尔兹海默症和帕金森等神经障碍极具潜力。他预见,正如它可以恢复肾病、肌肉和胰岛素分泌功能障碍小鼠,它也可以恢复神经细胞,不久的将来我们也许就能在人类患者身上重现奇迹。


原文检索:In Vivo Target Gene Activation via CRISPR/Cas9-Mediated Trans-Epigenetic Modulation


来源:生物通——由赛业生物科技有限公司转载发布

  

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