通過(guò)對(duì)小鼠進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)一年的研究,杜克大學(xué)的研究人員已經(jīng)證明,使用CRISPR基因組編輯技術(shù)進(jìn)行治療可以安全,穩(wěn)定地糾正一種名為杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良癥(DMD)遺傳性疾病。
該研究于2月18日在線發(fā)表在《Nature Medicine》雜志上。
2016年,Duke的Rooney家族生物醫(yī)學(xué)工程副教授Charles
Gersbach發(fā)表了一項(xiàng)成功使用CRISPR治療遺傳性疾病動(dòng)物模型的方法,其策略有可能轉(zhuǎn)化為人類治療。此后發(fā)表了許多其他的案例,還有更多針對(duì)人類疾病的幾種基因組編輯療法目前正處于臨床試驗(yàn)階段。
Gersbach的研究重點(diǎn)是DMD的小鼠模型,這是由身體無(wú)法產(chǎn)生肌營(yíng)養(yǎng)不良蛋白引起的,肌營(yíng)養(yǎng)不良蛋白鏈?zhǔn)且环N將肌纖維內(nèi)部與周圍支撐結(jié)構(gòu)結(jié)合的長(zhǎng)蛋白鏈。
抗肌萎縮蛋白由含有79個(gè)蛋白質(zhì)編碼區(qū)的基因編碼,稱為外顯子。如果一個(gè)或多個(gè)外顯子被遺傳突變破壞或刪除,則鏈不會(huì)被構(gòu)建,導(dǎo)致肌肉慢慢撕裂并惡化。大多數(shù)患者在10歲時(shí)就坐輪椅,并且不能超過(guò)20歲或30歲出頭。
自2009年以來(lái),Gersbach一直致力于Duchenne的潛在遺傳治療。他的實(shí)驗(yàn)室是早開(kāi)始關(guān)注CRISPR
/ Cas9的實(shí)驗(yàn)室之一,這是一種*防御系統(tǒng)的修改版本,可以對(duì)入侵病毒的DNA進(jìn)行定位和切片。他的方法使用CRISPR /
Cas9來(lái)剪切基因突變周圍的肌營(yíng)養(yǎng)不良蛋白外顯子,讓身體的天然DNA修復(fù)系統(tǒng)將剩余的基因重新縫合在一起,以創(chuàng)建一個(gè)縮短但功能性的肌營(yíng)養(yǎng)不良蛋白基因。
“人們普遍認(rèn)為,基因編輯會(huì)導(dǎo)致性基因改變,”Gersbach說(shuō)。 “但是,探索可能破壞基因編輯效果的理論可能性非常重要。”因此,這項(xiàng)新研究的目的是探索可能改變基于CRISPR / Cas9的基因編輯的長(zhǎng)期影響的因素。
領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)工作的Gersbach實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員克里斯托弗·尼爾森(Chris*her
Nelson)對(duì)攜帶缺陷型肌營(yíng)養(yǎng)不良蛋白基因的成年和新生小鼠靜脈內(nèi)施用單劑量的CRISPR療法。在接下來(lái)的一年中,研究人員測(cè)量了成功編輯了多少肌肉細(xì)胞以及進(jìn)行了哪些類型的遺傳改變,以及針對(duì)*CRISPR蛋白Cas9的任何免疫應(yīng)答的發(fā)生。
其他研究報(bào)道,小鼠免疫系統(tǒng)可以對(duì)Cas9產(chǎn)生反應(yīng),這可能會(huì)干擾CRISPR療法的益處。一些研究小組還報(bào)告說(shuō),有些人對(duì)Cas9蛋白具有預(yù)先存在的*,這可能是因?yàn)橹敖佑|過(guò)*宿主!昂孟⑹牵M管我們觀察到抗體和T細(xì)胞對(duì)Cas9的反應(yīng),但似乎都沒(méi)有在這些小鼠中產(chǎn)生任何毒性,”作者稱:“這種反應(yīng)也沒(méi)有阻止該療法成功編輯肌營(yíng)養(yǎng)不良蛋白基因并產(chǎn)生長(zhǎng)期蛋白質(zhì)表達(dá)的能力!
然而,作者承認(rèn),小鼠免疫系統(tǒng)的功能通常與人體免疫系統(tǒng)*不同。新生兒DMD篩查目前尚未廣泛開(kāi)展;大多數(shù)Duchenne診斷發(fā)生在兒童三至五歲時(shí)。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn),Gersbach說(shuō)在治療期間抑制免疫系統(tǒng)活性可能是一種可行的方法。
此外,研究人員還在研究限制Cas9僅在短時(shí)間內(nèi)表達(dá)或遞送至肌肉細(xì)胞的潛在策略,這可能會(huì)減少免疫檢測(cè)。
作者此前曾調(diào)查過(guò)CRISPR
/
Cas9的脫靶編輯潛力,無(wú)意中修改了基因組中的其他位點(diǎn),并報(bào)告了可能脫靶位點(diǎn)的小活性。然而,近的其他研究報(bào)道,CRISPR有時(shí)可以在正確的位點(diǎn)進(jìn)行基因編輯,但不能以預(yù)期的方式進(jìn)行。例如,一些研究表明,CRISPR可以切除比預(yù)期大得多的遺傳切片,或者DNA的可以嵌入切割位點(diǎn)。之前在基因組編輯研究中未報(bào)告這些類型的編輯,因?yàn)樗褂玫姆椒▋H檢測(cè)到預(yù)期的編輯。
為了全面地繪制肌營(yíng)養(yǎng)不良蛋白基因中發(fā)生的所有編輯,作者進(jìn)行了DNA測(cè)序。令人驚訝的是,除了目標(biāo)外顯子的預(yù)期去除之外,還發(fā)生了許多類型的編輯,包括從編碼CRISPR / Cas9系統(tǒng)的病毒載體中高度插入DNA序列。
根據(jù)組織的類型和CRISPR的使用劑量,多達(dá)一半的目標(biāo)編輯導(dǎo)致這些替代序列變化。盡管該結(jié)果令人驚訝,但是非預(yù)期的序列變化似乎不會(huì)影響該CRISPR / Cas9基因編輯方法對(duì)DMD的安全性或功效。
“因?yàn)榧I(yíng)養(yǎng)不良蛋白基因已經(jīng)存在缺陷,在這種情況下,這些編輯情況不一定會(huì)引起關(guān)注。盡管如此,任何意想不到的結(jié)果都可能會(huì)剝奪你試圖實(shí)現(xiàn)的基因編輯的效率,這支持了設(shè)計(jì)在未來(lái)研究中客觀地識(shí)別和減輕替代編輯的方法的重要性。”