優(yōu)化“基因魔剪”可極大減少突變
張佳欣
CRISPR-Cas9基因編輯過程存在副作用，包括不需要的突變和細(xì)胞毒性。據(jù)10日發(fā)表在《自然·生物醫(yī)學(xué)工程》雜志上的論文，日本九州大學(xué)和名古屋大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員開發(fā)出一種優(yōu)化的基因組編輯方法，可極大地減少突變，從而更有效地治療遺傳疾病。
以CRISPR-Cas9為核心的基因組編輯技術(shù)的缺點(diǎn)之一是突變和脫靶效應(yīng)。這通常是由于酶靶向具有與目標(biāo)位點(diǎn)相似序列的基因組位點(diǎn)引起的。同樣，當(dāng)基因改變時(shí)，會(huì)發(fā)生染色體水平的突變，這阻礙了癌癥基因治療的臨床試驗(yàn)，甚至導(dǎo)致正在接受肌肉營養(yǎng)不良治療的患者死亡。研究小組假設(shè)，目前使用Cas9的編輯方案會(huì)導(dǎo)致DNA過度切割，從而導(dǎo)致一些突變。
為了驗(yàn)證這一假設(shè)，研究小組在小鼠細(xì)胞中構(gòu)建了一個(gè)名為“AIMS”的系統(tǒng)，該系統(tǒng)分別評(píng)估了每條染色體上Cas9的活性。結(jié)果表明，常用的方法具有非常高的編輯活躍度，這種高活躍度會(huì)導(dǎo)致一些副作用。他們發(fā)現(xiàn)，將額外的胞嘧啶延伸至gRNA的5'端是有效的，可有效抑制過度活躍，并允許控制DNA切割。
新技術(shù)減少了脫靶效應(yīng)和細(xì)胞毒性，提高了單等位基因選擇性編輯的效率，并提高了DNA雙鏈斷裂修復(fù)最常用的同源定向修復(fù)機(jī)制的效率。
為了在醫(yī)學(xué)環(huán)境中測試其有效性，研究人員調(diào)查了一種名為進(jìn)行性骨化性纖維發(fā)育不良的罕見疾病。使用小鼠模型，他們創(chuàng)造出與人類版本相同的基因。然后，使用患者來源的誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞，他們能修復(fù)損傷，精確到導(dǎo)致疾病的相關(guān)等位基因中的單個(gè)核苷酸，這證明了該技術(shù)用于基因治療的安全性和有效性。
團(tuán)隊(duì)還構(gòu)建了各種基因組編輯模式與Cas9活性之間相關(guān)性的首個(gè)數(shù)學(xué)模型，使用戶能夠在整個(gè)細(xì)胞群體中模擬基因組編輯的結(jié)果。這一突破使研究人員能夠確定效率最大化的Cas9基因編輯過程，從而減少所需的巨大成本和勞動(dòng)力。
