CRISPRCas9可以逆转小鼠的多种疾病

基因编辑的新转折使得CRISPR / Cas9分子剪刀成为基因教学书的荧光笔。这种突出显示有助于打开特定基因。

研究小组12月7日在Cell报道，使用这种新工具，研究人员治疗了1型糖尿病，肾损伤和杜氏肌营养不良症的小鼠版本。科学家说，这种新方法可能使某些类型的基因治疗更容易，对于希望控制动物基因活动的研究人员来说可能是一个福音。

CRISPR / Cas9是一种由两部分组成的分子剪刀。简短的指导RNA将DNA切割酶Cas9引导到科学家想要切片的遗传指令中的特定位置。剪断DNA是制造或修复突变的第一步。但研究人员很快意识到编辑系统可能更加通用。

自CRISPR / Cas9首次投入使用以来的大约五年时间里，研究人员修改了该工具，对DNA进行了各种更改。其中许多修改涉及破坏Cas9剪刀，因此它们不能再切割DNA。将其他分子束缚在这个“死亡的Cas9”上可以让科学家改变基因或改变基因的活动。

基因激活CRISPR / Cas9(称为CRISPRa)可用于打开休眠基因以治疗多种疾病。例如，医生可能能够打开基因的替代拷贝来补偿缺失的蛋白质，或者重新激活随着年龄增长而变得迟钝的基因。杜克大学的生物医学工程师查尔斯·格斯巴赫(Charles Gersbach)表示，到目前为止，研究人员大多在实验室培养皿中培养出具有CRISPRa基因的基因。

Gersbach说，能够精确地打开动物体内的基因并影响动物的健康是一个“巨大的进步”。之前很难做到，因为CRISPR激活剂太大而无法适应将病毒传递到体细胞所需的病毒。

在这项新研究中，位于加利福尼亚州拉霍亚的索尔克生物研究所的Juan Carlos Izpisua Belmonte及其同事缩减了这一工具。这一次，研究人员“杀死”并修饰了指导RNA而不是DNA切割酶。该团队使用短指导RNA，仅长14或15个单位，而不是通常的20到22个。

短皮带仍然可以使Cas9进入DNA中的特定位点，但是一旦存在，该酶 - 尽管仍然能够切割 - 不会破坏DNA。另一片RNA贴在“死亡”指南上，吸引了有助于打开基因的蛋白质。死亡引导激活剂的碎片小到足以适应基因治疗病毒。

在一项实验中，研究小组希望恢复1型糖尿病患者制造胰岛素的能力，胰岛素是一种控制血糖的激素。在1型糖尿病中，免疫系统会破坏通常产生胰岛素的器官胰腺。由于胰腺细胞消失，研究人员需要一种新型细胞来接管胰腺的工作。

所以Belmonte的小组感染糖尿病小鼠的病毒携带死亡引导激活剂。研究人员利用死亡导向RNA打开小鼠肝脏中的Pdx基因，导致肝细胞产生胰岛素，逆转小鼠的糖尿病。基本上肝细胞转化为胰腺重要作用的肝细胞。

“几十年来，实验室一直试图这样做，”宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的医学科学家Kirk Wangensteen说。这些实验将帮助科学家了解哪些因素决定细胞的身份。

但要在人体中进行基因治疗，科学家们需要解决另一个问题。在糖尿病实验中，他们可以使用已经设计制造自己的Cas9的老鼠。但人们并不自然地制造Cas9，而整个死亡引导激活剂和Cas9系统都不适合单一病毒。所以Belmonte的团队想知道是否可以同时使用两种病毒将所有碎片传递给靶细胞。

Salk的研究人员测试了他们的系统，这种系统患有肌肉萎缩的疾病，模仿Duchenne肌营养不良症。Duchenne肌营养不良症是由一种叫做肌营养不良蛋白的巨大基因突变引起的。没有办法将肌营养不良蛋白基因塞进病毒进行传统的替代基因治疗，但研究人员发现，开启其他基因可以补偿和增加肌肉。因此，在双重病毒实验中，科学家们开启了一种叫做卵泡抑素的肌肉生成基因。

这次，用于打开卵泡抑素基因的死亡指导激活剂被包装在一种病毒中，Cas9包装在另一种病毒中。两种病毒都用于感染患有肌营养不良症的小鼠后腿的肌肉细胞。经过处理的小鼠后腿的肌肉质量比未经治疗的小鼠更多。

麻省理工学院的癌症生物学家迈克尔赫曼说，这些实验中基因活动的水平比科学家们先前获得的要高得多。可能需要高水平的活性才能产生足够的蛋白质来纠正疾病。

Hemann和其他人说新的激活剂系统对研究有用，但在治疗可以用于人体之前仍然存在一些挑战。他说，研究人员总是面临将治疗推向体内正确位置的挑战。还必须证明该技术的安全性和有效性。

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