新的CRISPR技术会跳过可导致疾病的部分基因

在一项针对细胞的新研究中，伊利诺伊大学的研究人员采用了CRISPR基因编辑技术，使细胞的内部机制在将其转录到蛋白质构建模板中时跳过一小部分基因。这为研究人员提供了一种方法，不仅可以消除突变的基因序列，还可以影响基因的表达和调控方式。

这种有针对性的编辑有朝一日可用于治疗由基因组突变引起的遗传性疾病，如杜兴氏肌营养不良症，亨廷顿氏病或某些癌症。

CRISPR技术通常通过在靶基因开始时破坏DNA来关闭基因，当DNA结合在一起时诱导突变。这种方法可能引起问题，例如DNA在预期靶标以外的位置破裂，并且破碎的DNA重新附着到不同的染色体上。

在Genome Biology期刊中描述的新的CRISPR-SKIP技术不会破坏DNA链，而是改变靶DNA序列中的单个点。

“鉴于传统基因编辑存在破坏DNA的问题，我们必须找到优化工具来完成基因修饰的方法。这是一个很好的方法，因为我们可以在不打破基因组DNA的情况下调控基因，”伊利诺伊州生物工程学教授Pablo Perez说道。 Pinera是伊利诺伊州物理学教授Jun Song领导的研究。两者均隶属于美国大学的Carl R. Woese基因组生物学研究所。

在哺乳动物细胞中，基因被分解成称为外显子的区段，这些区域散布着似乎没有任何代码的DNA区域。当细胞的机器将基因转录成RNA以翻译成蛋白质时，DNA序列中有信号表明哪些部分是外显子，哪些部分不是基因的一部分。细胞将编码部分转录的RNA拼接在一起，得到一个用于制造蛋白质的连续RNA模板。

CRISPR-SKIP在外显子开始之前改变单个碱基，导致细胞将其作为非编码部分读取。

“当细胞将外显子视为非编码DNA时，该外显子不包含在成熟RNA中，有效地从蛋白质中去除相应的氨基酸，”生物工程研究生，该论文的第一作者Michael Gapinske说。

虽然跳过外显子导致缺少少量氨基酸的蛋白质，但所产生的截短蛋白质通常保留部分或完全活性 - 这可能足以恢复某些遗传性疾病的功能，Perez-Pinera说，他也是Carle的教授。伊利诺伊医学院。

研究人员表示，还有其他方法可以跳过外显子或消除氨基酸，但由于它们不能永久改变DNA，因此它们只能提供临时益处，需要在患者的整个生命周期内重复给药。

“通过使用CRISPR-SKIP编辑基因组DNA中的单个碱基，我们可以永久消除外显子，从而通过一次治疗实现疾病的持久校正，”物理研究生兼共同首先的Alan Luu说。该研究的作者。“如果我们需要重新开启一个外显子，这个过程也是可逆的。”

研究人员在小鼠和人类的多种细胞系中测试了该技术，包括健康和癌症。

“我们在三种不同的哺乳动物细胞系中对其进行了测试，以证明它可以应用于不同类型的细胞。我们还在癌细胞系中证明了这一点，因为我们希望证明我们可以靶向致癌基因，”Song说。“我们还没有在体内使用它;这将是下一步。”

他们对来自处理细胞的DNA和RNA进行了测序，发现CRISPR-SKIP系统可以靶向特定碱基并高效跳过外显子，并且还证明了不同靶向的CRISPR-SKIPs可以组合在一个基因中跳过多个外显子。研究人员希望测试其在活体动物中的效率 - 这是评估其治疗潜力的第一步。

“例如，在Duchenne的肌营养不良症中，仅仅纠正5%至10%的细胞就足以获得治疗效果。使用CRISPR-SKIP，我们发现许多细胞系的修饰率超过20%至30%。已经研究过，“佩雷斯 - 皮内拉说。

该小组建立了一个网络工具，允许其他研究人员搜索外显子是否可以用CRISPR-SKIP技术靶向，同时最小化它与基因组中相似位点结合的机会。

由于研究人员在非目标位点发现了一些突变，他们正致力于使CRISPR-SKIP更加高效和特异。

“生物学是复杂的。人类基因组有超过30亿个碱基。因此，在类似于预期区域的位置着陆的可能性是不可忽视的，并且需要用任何基因编辑技术来识别，”宋说。“我们花费大量时间进行广泛测序以寻找脱靶突变的原因是它可能成为医学应用的主要障碍。我们希望未来对基因编辑技术的改进将提高CRISPR-SKIP的特异性，以便我们开始解决一些阻碍基因治疗在临床上广泛应用的问题。“

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