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研究发现经过修饰的干细胞没有额外的突变

在活的干细胞中,将一种基因转换成另一种基因的能力,在这十年间才从科幻小说跨越到现实。与任何新技术一样,它带来了希望——例如修复人类致病基因的希望——以及问题和安全问题。现在,索尔克的科学家们解决了其中一个问题:对干细胞使用基因编辑技术并不会增加细胞突变的总体发生率。新的研究结果发表在2014年7月3日的《细胞干细胞》杂志上。

研究发现经过修饰的干细胞没有额外的突变

索尔克基因表达实验室教授、资深作者胡安•卡洛斯•伊兹皮苏亚•贝尔蒙特表示:“精确修改干细胞DNA的能力,大大加快了对人类疾病和细胞疗法的研究。”“为了成功地将这项技术应用于临床,我们首先需要检查这些转基因干细胞的安全性,比如它们的基因组稳定性和突变负荷。”

当科学家们想要改变细胞内DNA片段的序列——无论是为了研究目的还是为了治疗目的修复基因突变——他们有两种选择。他们可以用一种基因工程病毒将新基因传递给细胞;然后,细胞整合新的DNA序列以取代旧的DNA序列。或者科学家可以使用自定义的靶向核酸酶,如TALEN蛋白,它可以在任何想要的位置切割DNA。研究人员可以使用这些蛋白质来切割他们想要替换的基因,然后在其中添加一个新的基因。细胞的自然修复机制将粘贴新基因到位。

此前,贝尔蒙特的实验室率先使用了被称为“辅助依赖腺病毒载体”(HDAdVs)的改良病毒,来纠正导致镰状细胞病的基因突变。镰状细胞病是世界上最严重的血液疾病之一。他和他的同事们用HDAdVs来替代一系列干细胞中突变的基因,使之成为无突变的版本,创造出理论上可以注入病人骨髓的干细胞,这样病人的身体就可以产生健康的血细胞。

然而,在这些技术应用于人类之前,贝尔蒙特等研究人员想知道,在干细胞中编辑基因是否存在风险。尽管两种常见的基因编辑技术都被证明在改变正确的DNA片段方面是准确的,但科学家们担心,这一过程可能会使细胞更加不稳定,并容易在不相关的基因中发生突变,比如那些可能导致癌症的基因。

“随着细胞被重新编程成干细胞,它们往往会积累许多突变,”贝尔蒙特实验室的博士后研究员、这篇新论文的作者莫里(Mo Li)说。“所以人们自然会担心,你在试管中对这些细胞进行的任何处理——包括基因编辑——可能会产生更多的突变。”

为了查明这种情况是否属实,贝尔蒙特的研究小组与华大基因和中国科学院生物物理研究所合作,研究了一系列含有导致镰状细胞疾病的突变基因的干细胞。他们用两种HDAdV设计中的一种编辑了一些细胞的基因,用两种TALEN蛋白中的一种编辑了另一些细胞的基因,并将其余的细胞保留在培养基中而不进行编辑。然后,他们通过四次编辑和对照实验,对每个细胞的基因组进行了完整测序。

在实验中,所有的细胞都获得了较低水平的随机基因突变,而那些通过hdadvor talene方法进行基因编辑的细胞,其突变并不比培养中的细胞多。

贝尔蒙特实验室的博士后研究员、这项研究的作者铃木启一郎(Keiichiro Suzuki)表示:“我们对研究结果感到惊喜。”人们发现在iPSC重编程过程中引入了数千种突变。我们发现在所有病例中只有不到100个核苷酸变异。

李补充说,这一发现并不一定意味着使用带有编辑过的基因的干细胞没有内在风险,但编辑过程并不会降低干细胞的安全性。

他说:“我们的结论是,突变的风险与基因编辑没有内在联系。”“这些细胞的风险与使用其他细胞进行细胞或基因治疗的风险相同。他补充说,发表在同一期刊上的另外两篇论文支持他们的研究结果(一篇来自约翰霍普金斯大学,另一篇来自哈佛大学及其合作者)。

贝尔蒙特研究小组正在计划进行更多的研究,以确定其他细胞类型的基因修复、使用其他方法或以其他基因为靶点是否或多或少地可能导致不必要的突变。目前,他们希望他们的发现能鼓励该领域的人们继续追求基因编辑技术,将其作为未来治疗基因疾病的一种潜在方法。

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