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即使基因疗法进入临床CRISPR基因编辑也注定失败了吗

任何观看CRISPR最近60分钟片段的人都会得出结论,基因编辑技术正处于倾倒一连串疗法的边缘。但是最近的一项研究显示,在部署着名的“分子剪刀”之后,染色体部分会丢失并移动。

即使基因疗法进入临床CRISPR基因编辑也注定失败了吗

CRISPR在2012年发明,出色地为抗感染提供了细菌防御。“聚集的规则间隔短回文重复”是简单的DNA序列,其作为基因组中的着陆条,其中工程化的“指导RNA”将酶递送至所需基因,修饰或消除它。当酶穿过双螺旋时,天然的DNA修复随之而来。Cas9是经常使用的酶。

与添加基因的常规基因疗法不同,CRISPR有时会在染色体外的DNA环中盘旋,而CRISPR会在精确的位置交换或移除基因。但去年12月,美国食品和药物管理局花了27年的时间才批准第一个治疗特定形式遗传性失明的基因疗法Luxturna。因此,不久之后,不得使用CRISPR化学药品进入CVS或Walgreen的货架。

这份新的报告,在自然生物技术,研究人员在惠康Sanger研究所,是不是第一个发现一个CRISPR毛刺,它当然也不会是最后一次。

在细胞实验中,Allan Bradley,Michael Kosicki和KärtTomberg超越了CRISPR的预期着陆点,就像在一本已知错字之外的部分书籍中搜索错误一样。他们发现了大量缺失,添加和翻转的文本,有些甚至被拔出并插入不同的章节,隐喻了不同的染色体地址。虽然“脱靶”效应是众所周知的,并且已经修复了CRISPR的小问题 - 更安全的酶,递送方法和检测工具 - 早期的研究可能已经审查了鼹鼠,同时错过了山脉。

研究人员没有使用可能改变DNA修复和染色体的过去研究中的癌细胞,而是将一个经过充分研究的基因从小鼠和人类视网膜细胞的干细胞中“永生化”分裂。两者都是“各种临床编辑应用的代理人”。

就像一架撞向玉米地的飞机一样,CRISPR-Cas9在细胞内着陆,一次性吹走了数千个DNA碱基,最长的9,500个。损伤从目标反射,引发染色体混乱,而单碱基突变(SNP)也出现,甚至超出切割位点。通常,不止一件事出了问题。攻击可以杀死一个细胞或将其送到癌症通路。

删除可以暴露隐藏的基因变异,否则将被隐藏;插入和易位改变了遗传控制,无论它们发生在何处。将一个基因抛弃到致癌基因旁边的位点可能会产生第一个突变“命中”,当第二个突变发生时,它会在生命后期成为癌症。“在编辑数十亿细胞的临床背景下,产生的大量不同突变使得每个方案中的一个或多个编辑细胞可能被赋予重要的致病性病变,”研究人员假设。

实验有几个对照和检查:不同的递送方法(电穿孔代替病毒载体);不同的靶基因;小鼠杂交种,具有易于区分的染色体组,例如将白色和黑色袜子放入干衣机中,然后用拼凑而成;并重复干预四次。“潜在的删除结果的多样性是巨大的,”研究人员总结道。

反响?

对编辑过的基因组进行这种不可预测的挖掘是否会减慢到诊所的发展轨迹,或者至少可以缓解炒作?观点各不相同。

史蒂夫格雷是北卡罗来纳大学和德克萨斯大学西南医学中心基因治疗的先驱,他将CRISPR冲刺与基因疗法的马拉松比赛进行了对比。“据我所知,尚未解决明确而重要的安全问题。该技术非常令人兴奋,但CRISPR可以从基因疗法的历史中了解到在很多基础生物学过程中移动过快的后果风险尚未完全明白。“

Steve Gray将病毒载体与FedEx卡车进行比较,提供包裹。如果传统的基因疗法将包裹递送到建筑物,那么基因编辑将把它传递到特定桌子中的特定抽屉。

格雷已经开创了Batten病,Rett综合征,Tay-Sachs病,Krabbe综合征和巨大轴索性神经病的基因疗法,这是临床试验中的最后一项。基因治疗领域在1999年的一项临床试验中18岁的死亡和两年后的另一项试验中的白血病作为副作用后停止,记录在我的书“永远的修复:基因治疗和男孩谁”中保存它。

开发CRISPR的公司淡化危险,指出破碎的染色体是自然DNA修复的一部分。解释Intellia TherapeuticsJennifer Smoter,“Intellia不相信这些发现会显着影响基于CRISPR的疗法的前进道路。正常细胞中的DNA在持续的基础上正在经历破损,修复和其他重排,没有其他干预.DNA中更大的缺失现象断裂在本领域是已知的。分裂细胞使用高保真修复,切除双链断裂侧翼的较长DNA片段,这些观察到的缺失可能来自这个过程。“任何基因组编辑技术或自然发生的断裂都可以看到这种效应”。也就是说,问题在于自然DNA损伤/修复反应,而不是工具。

Intellia使用脂质纳米粒子传递系统对一些单基因疾病和癌症进行临床前研究。到目前为止,小鼠和猴子的实验没有显示出癌症的迹象,但该公司的目标是肝细胞,而不是Sanger研究人员使用的快速分裂细胞。Smoter补充说,细胞选择可能解释了大的缺失。

Editas Medicine的发言人Cristi Barnett回应说,“无意识的基因组改变的产生,包括作者所描述的那些改变,适用于所有基因组医学方法,从基于随机慢病毒插入的方法,如用于CAR-T治疗,基因组切割方法,如锌指核酸酶,巨型TAL和CRISPR。“

Barnett补充说,该公司的临床前实验正在淘汰干预措施,这些措施会对治疗相关性细胞产生不利影响。“关于CRISPR的一个好处就是它对它有如此多的兴趣,并且有很多人在研究它。但是,我们再次知道并且并不特别关注这个最新的工作台研究结果,因为我们正致力于制作CRISPR基础药物。“

对于不分裂的细胞,CRISPR可能更安全吗?

德克萨斯大学西南医学中心分子生物学系教授兼主席埃里克奥尔森认为如此。他的团队使用CRISPR来校正小鼠和人类心肌细胞中的Duchenne肌营养不良症突变,这些细胞不会分裂,使用不同的辅助分子(Cpf1)。“这篇(新)论文的结果不应该被过度解读。这份报告是一个警示性的注释,但不是阻碍肌肉破坏性进展的障碍。”由于肌肉细胞不分裂,它们不会变成癌细胞或传递受损基因。

展望未来

如果有任何方法可以进入临床,则CRISPR基因编辑具有令人畏惧的变量数量以进行优化。策略可以使用不同的修复机制;送货路线;细胞类型;靶基因;分子剪刀;并指导RNAs。

与60分钟剧集中涌现的gee-whiz声称相反,ClinicalTrials.gov上的CRISPR利用疗法的名单只有17个条目,有些离奇。该清单包括一个关于无实体内脏的实验;调查镰状细胞病患儿父母的“知识,态度和信仰”;和遗传不耐受麻醉的自然史研究,与基因编辑无关。无论那是什么意思,大多数都来自中国。但很明显,炒作远远超过现实。

关于CRISPR基因编辑未来的最后一句话是1990年法国安德森,他领导了第一个基因治疗临床试验,以治疗遗传性免疫缺陷。

“CRISPR-Cas9的情况类似于许多新的颠覆性技术。最初由于新的可能性而引起巨大的兴奋。然后发现了有害的副作用,并且兴奋得到了大幅缩减。经过长时间的努力,技术的全部价值这正是基因治疗中发生的事情.CRISPR-Cas9是一种非常强大的技术,将在未来广泛使用。意想不到的基因组损伤只是一个亟待解决的问题。

我同意。随着时间和正确的分子工具,CRISPR将找到自己的方式 - 就像基因疗法一样。

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