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行不行,好不好,主要看CRISPR基因编辑的精确性

日期: 2019年03月22日


    

近期一些研究表明,利用CRISPR基因编辑治疗遗传性血液相关疾病(如镰状细胞性贫血,地中海贫血和原发性免疫缺陷综合征),存在潜在问题,因为干细胞也许会关闭基因作为应答,而且如果想要绕过这个障碍,也会增加患上癌症的风险。

 

但是来自意大利的一组研究人员指出,还是有解决办法的,可以利用更精确的基因编辑技术,减少DNA断裂,从而让干细胞的自然损伤-应答途径处于可控范围内。

 

这一研究成果公布在3月21日的Cell Stem Cell杂志上。

 

文章的通讯作者,San Raffaele Telethon基因疗法研究所Pietro Genovese说,“基因组编辑是干细胞精确基因工程的一种非常强大的策略,但它的步骤复杂,尽管这种方法存在极大的治疗潜力,以及基因编辑平台的不断进步,编辑的功能性后果尚未完全阐明。”

 

比如明星蛋白p53,这种蛋白被称为“基因组的守护者”,因为它在保护DNA稳定性和预防突变方面发挥着重要作用。当CRISPR编辑基因时,它会切割特定位置的两条DNA链。但是这些双链断裂可以向p53发出信号,表明出现了问题。然后p53就会开始起作用,阻止细胞增殖,这对于细胞基因疗法来说,事与愿违。但是要是永久性地关闭p53,来预防这种机制的发生,又会导致肿瘤的形成,真是左右为难。

 

不过好在这组研究人员找到了解决办法。

 

基因编辑利用核酸酶作为“遗传剪刀”来诱导DNA断裂,然后使用腺相关病毒载体来递送校正序列。但是当这些剪刀不够精确的时候,它们可能会在许多其他地方切割DNA。如果研究人员使用高度特异性的核酸酶和载体,就能在造血干/祖细胞(HSPCs)的DNA中引入所需的断裂。

 

“我们发现基因编辑对HSPC的影响,在很大程度上取决于所使用的核酸酶的精确度,”另一位作者,San Raffaele Telethon基因疗法研究所所长Luigi Naldini说,“如果核酸酶不是高度特异性的,就会在一些额外的脱靶位点切割DNA。”

 

“如果核酸酶是高度特异性的,那么就只会对细胞增殖产生短暂影响,这是一个可逆的过程,而且能与造血干细胞的重要生物学特性相兼容。”

 

早期研究指出了p53失活突变的理论风险,引发了对基因编辑治疗潜力的担忧,而这项研究表明,HSPCs可以很好地耐受一个或几个DNA断裂,短暂的p53激活,对其功能的影响有限(主要表现为延迟增殖)。当采用高度特异性的“基因剪刀”,配合上腺相关病毒载体,提供校正DNA序列时,这种细胞反应会稍微延长。但是如果在基因编辑过程中瞬时灭活p53反应,就可以抵消这种影响,提高编辑细胞的产量,而不会增加突变或提高基因组不稳定性。

 

“HSPCs基因编辑的另一个主要挑战是HSPC中同源重组的效率相对较低,这是引入修复模板提供的校正序列所导致的,我们近期报道的其它新技术能缓解这一问题。

 

这项工作为在HSPCs中进行基因工程的可行性和有效性提供了分子证据,未来研究人员将会进一步转化为人体试验。

 

原文标题:

Precise Gene Editing Preserves Hematopoietic Stem Cell Function Following Transient p53-Mediated DNA Damage Response

 

转载标题:Cell Stem Cell:精确完成p53的CRISPR基因编辑

 

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