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CRISPR​逆转活体动物的疾病症状

CRISPR逆转活体动物的疾病症状

利用一种基于细菌蛋白的新基因编辑系统 CRISPR ,麻省理工学院(MIT)与俄勒冈健康与科学大学的研究人员治愈了因单一遗传突变致罹患一种罕见肝病的小鼠。这项刊登在《自然-生物技术》(Nature Biotechnology)杂志上的研究成果,提供了首个证据证实, CRISPR 可逆转活体动物的疾病症状。研究人员表示, CRISPR 为剪除突变 DNA ,以正确的序列取而代之提供了一条简单的途经,有潜力用于治疗许多的遗传疾病。

论文的资深作者、麻省理工学院化学工程学系副教授、 Koch 综合癌症研究所成员 Daniel Anderson 说:“这种方法的令人兴奋之处在于,我们现在可以在活体成年动物体内纠正缺陷基因。”

这一近年开发出来的 CRISPR 系统依赖于细菌过去利用来保护自身免受感染的细胞机器。研究人员模仿这一细胞系统,构建出了由称作为 Cas9 的 DNA 切割酶和一段短 RNA 引导链构成的基因编辑复合物。短 RNA 引导链被设计与一段特异的基因组序列结合,告知 Cas9 切割的位置。

同时,研究人员还提供一条 DNA 模板链。当细胞修复 Cas9 导致的损伤时,它会复制这一模板,将新的遗传物质导入到基因组中。科学家们想象,这种基因组编辑方法有一天或许可以帮助治疗如血友病、亨廷顿氏病以及由单基因突变引起的其他疾病。

科学家们曾经开发出基于核酸酶的其他一些基因编辑系统,但这些复合物的价格昂贵且难于组装。

Anderson 说:“ CRISPR 系统非常易于装配以及进行自定制。其他的系统有可能可以按与 CRISPR 系统相似的方式使用,但那些系统更难生成特异性针对你的兴趣目标的核苷酸。”

在这项研究中,研究者们设计出了三条引导 RNA 链来靶向靠近突变的不同 DNA 序列,编码 FAH 酶的基因发生这一突变可引起酪氨酸血症I型。每10万人中即有一人受累于这一疾病,罹患酪氨酸血症I型的患者无法分解酪氨酸,会造成酪氨酸累积,导致肝衰竭。当前的治疗包括低蛋白饮食以及一种破坏酪氨酸生成的药物 NTCB 。

利用携带突变 FAH 酶的成年小鼠展开实验,研究人员将这些 RNA 引导链,编码 Cas9 的基因,以及由 199 个核苷酸构成、包含突变 FAH 基因正确序列的 DNA 模板传递至小鼠体内。

利用这种方法,研究人员将正确的基因插入到了 1/250 的肝细胞中。在接下来的30天里,这些健康细胞开始增殖,取代病变肝细胞,最终占据约三分之一的肝细胞。这足以治愈这种疾病,使得小鼠能够在脱离NCTB药物后生存下来。

“只做一次治疗,我们可以完全逆转这一疾病,”论文的主要作者、 Koch 研究所博士后尹浩(Hao Yin,音译)说。

为了传递这些 CRISPR 元件,研究人员采用了一种称作为高压注射的技术——利用高性能的注射器快速将这些物质释放到静脉中。这种方法将遗传物质成功地传送到了肝细胞,不过 Anderson 认为还可能有更好的传递方法。他的实验室现正致力于开发出更安全、有效的方法,包括靶向性纳米颗粒。

原文检索:

Hao Yin, Wen Xue, Sidi Chen, Roman L Bogorad, Eric Benedetti, Markus Grompe, Victor Koteliansky, Phillip A Sharp, Tyler Jacks & Daniel G Anderson. Genome editing with Cas9 in adult mice corrects a disease mutation andphenotype. Nature Biotechnology, 30 March 2014; doi:10.1038/nbt.2884

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