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大脑中的基因编辑得到了重大升级

基因组编辑技术彻底改变了生物医学科学,提供了一种快速简便的基因修饰方法。然而,允许科学家进行最精确编辑的技术在不再分裂的细胞中不起作用 - 包括大脑中的大多数神经元。到目前为止,这项技术在大脑研究中的应用有限。研究员Jun Nishiyama,医学博士,研究科学家,Takayasu Mikuni,医学博士,博士,Ryohei Yasuda博士,科学主任,博士。在马克斯普朗克佛罗里达神经科学研究所(MPFI)开发了一种新工具,它首次允许在成熟神经元中进行精确的基因组编辑,为神经科学研究开辟了巨大的新可能性。

大脑中的基因编辑得到了重大升级

这种新颖而强大的工具利用了新发现的CRISPR-Cas9基因编辑技术,这是一种最初在细菌中发现的病毒防御机制。当置于神经元等细胞内时,CRISPR-Cas9系统会在特定目标位置破坏DNA。然后,细胞主要采用两种相反的方法修复这种损伤;一种是非同源末端连接(NHEJ),其倾向于易于出错,并且是同源定向修复(HDR),其非常精确并且能够经历特定的基因插入。HDR是更理想的方法,允许研究人员根据预期目的灵活地添加,修改或删除基因。

在大脑中诱导细胞以优先利用HDR DNA修复机制一直是相当具有挑战性的。最初认为HDR仅作为体内活跃增殖细胞的修复途径。当前体脑细胞成熟为神经元时,它们被称为有丝分裂后或非分裂细胞,使成熟的大脑基本上无法进入HDR - 或者研究人员之前认为。研究小组现在已经证明大脑的有丝分裂后神经元可能会主动接受HDR,称之为“vSLENDR(通过CRISPR-Cas9介导的同源定向修复进行病毒介导的内源蛋白质单细胞标记)”。该过程成功的关键因素是CRISPR-Cas9和病毒的组合使用。

腺相关病毒(AAV)是一种低免疫原性,无毒的病毒,被科学家用作各种基因的有效传递机制。该病毒可有效提供HDR所需的供体模板,提高其效率。该团队首先将用于基因组编辑的必要机制打包到AAV中,并将其递送至表达转基因Cas9的小鼠的神经元,在脑后有丝分裂神经元中实现了非常有效的HDR。

他们接下来创建了一个双病毒系统,允许他们在没有设计用于表达Cas9的动物中使用该技术。他们在老年阿尔茨海默病小鼠模型中测试了这种双病毒系统,表明vSLENDR技术即使在高龄时也适用于病理模型。

vSLENDR是基础科学和转化科学的强大新工具,无论细胞类型,细胞成熟度,大脑区域或年龄如何,都能够精确编辑遗传信息。新的vSLENDR更加高效,灵活,简洁,使研究人员能够以前所未有的轻松方式研究无数的大脑过程和功能。同样重要的是它在神经病理学疾病模型中的潜在用途,加速研究和开发新疗法;建立今天的基础科学作为未来治疗的基础。

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