新版DNA编辑系统纠正了基于RNA的疾病的潜在缺陷
直到最近,CRISPR-Cas9基因编辑技术才能用于操纵DNA。在2016年的一项研究中,加州大学圣地亚哥分校医学院的研究人员利用一种称为RNA靶向Cas9(RCas9)的方法重新利用该技术追踪活细胞中的RNA。在8月10日发表于Cell的一项新研究中,研究小组更进一步研究RCas9:他们利用该技术纠正导致微卫星重复扩增疾病的分子错误,其中包括1型和2型肌强直性营养不良,这是最常见的遗传性疾病。 ALS和亨廷顿氏病。
“这很令人兴奋,因为我们不仅针对目前尚无延迟进展的疾病的根本原因,而且我们重新设计了CRISPR-Cas9系统,以便将其传递给特定组织。通过病毒载体,“资深作者Gene Yeo博士说,加州大学圣地亚哥分校医学院细胞与分子医学教授。
虽然DNA就像建筑师的细胞蓝图,但RNA是工程师对蓝图的解释。在生命的中心法则中,在细胞核中编码的基因被转录成RNA,RNA将信息传递到细胞质中,在细胞质中它们被翻译成蛋白质。
微卫星重复扩增疾病的产生是因为RNA序列中存在对细胞有毒的错误重复,部分原因是它们阻止了关键蛋白质的产生。这些重复的RNAs积聚在细胞的细胞核或细胞质中,形成密集的结,称为焦点。
在这项概念验证研究中,Yeo的团队使用RCas9来消除与患者来源细胞中的微卫星重复扩增疾病相关的引起问题的RNA以及实验室中疾病的细胞模型。
通常,CRISPR-Cas9的工作方式如下:研究人员设计了一种“指导”RNA,以匹配特定靶基因的序列。RNA将Cas9酶引导至基因组中的所需位点,在此处切割DNA。细胞不精确地修复DNA断裂,从而使基因失活,或者研究人员用修正版本的基因替换切口附近的切片。RCas9的作用相似,但指导RNA将Cas9指向RNA分子而不是DNA。
研究人员在实验室中测试了新的RCas9系统对微卫星重复扩增疾病RNA的影响。RCas9消除了95%或更多与1型和2型肌强直性营养不良相关的RNA病灶,一种ALS和亨廷顿氏病。该方法还消除了在实验室培养的肌强直性营养不良患者细胞中95%的异常重复RNA。
成功的另一个衡量标准集中在MBNL1上,MBNL1是一种通常与RNA结合的蛋白质,但是在1型肌强直性营养不良的RNA病灶中与数百个天然RNA靶标隔离开来。当研究人员应用RCas9时,它们逆转了93%的这些功能失调的RNA患者肌肉细胞中的靶标,细胞最终与健康对照细胞相似。
Yeo解释说,虽然这项研究提供了该方法在实验室中起作用的初步证据,但在对患者进行RCas9检测之前还有很长的路要走。
一个瓶颈是将RCas9有效递送至患者细胞。非感染性腺相关病毒通常用于基因治疗,但它们太小而不能将Cas9保持在靶DNA上。Yeo的团队通过删除DNA切割所必需的蛋白质区域来制作较小版本的Cas9,但是对于结合RNA是不必要的。
“我们还不知道的主要问题是,向细胞提供RCas9的病毒载体是否会导致免疫反应,”他说。“在此之前,我们需要在动物模型中进行测试,确定潜在的毒性并评估长期暴露。”
为此,Yeo及其同事启动了一家名为Locana的衍生公司,以处理将RCas9从实验室转移到诊所所需的临床前步骤,用于基于RNA的疾病,例如微卫星重复扩增引起的疾病。
“我们对这项工作感到非常兴奋,因为我们不仅为CRISPR-Cas9定义了一种新的潜在治疗机制,我们还展示了它如何用于治疗没有成功治疗方案的整类疾病,”David Nelles说。 ,博士,该研究的共同第一作者,Ranjan Batra博士,他们都是Yeo实验室的博士后研究人员。
“基因组中不同位置的微卫星扩增导致20多种遗传性疾病,”Batra说。“我们对RCas9系统进行编程以针对不同重复进行编程的能力,以及脱靶效应的低风险,是其主要优势。”
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