科学家修改CRISPR以表观遗传学治疗糖尿病，肾脏疾病，肌肉萎缩症

Salk科学家已经创建了新版本的CRISPR / Cas9基因组编辑技术，使其能够在不破坏DNA的情况下激活基因，从而可能避免使用基因编辑技术治疗人类疾病的主要障碍。

大多数CRISPR / Cas9系统通过在编辑或删除的基因组区域中产生“双链断裂”(DSB)起作用，但许多研究人员反对在活人的DNA中产生这种断裂。作为概念证明，Salk小组在小鼠模型中使用他们的新方法治疗多种疾病，包括糖尿病，急性肾病和肌营养不良症。

“尽管许多研究已经证明CRISPR / Cas9可以作为基因治疗的有力工具，但人们越来越担心双链断裂产生的不需要的突变，”Salk的教授Juan Carlos Izpisua Belmonte说。基因表达实验室和新论文的高级作者于2017年12月7日在Cell上发表。“我们能够解决这个问题。”

在最初的CRISPR / Cas9系统中，Cas9酶与指导RNA结合，将其靶向基因组中的正确位点以产生DSB。最近，一些研究人员开始使用“死亡”形式的Cas9(dCas9)，它仍然可以靶向基因组中的特定位置，但不再削减DNA。相反，dCas9已与转录激活域 - 分子开关 - 结合靶基因相结合。但是所得到的蛋白质-dCas9附着在活化剂开关上 - 太大而且体积不足以适合通常用于向生物体内的细胞提供这些治疗的载体，即腺相关病毒(AAV)。缺乏有效的递送系统使得在临床应用中使用该工具非常困难。

Izpisua Belmonte的团队将Cas9 / dCas9与一系列不同的激活开关结合起来，发现即使蛋白质未相互融合也能起作用的组合。换句话说，Cas9或dCas9被包装到一个AAV中，并且开关和指导RNA被包装到另一个中。他们还对指导RNA进行了优化，以确保所有碎片最终都位于基因组中的所需位置，并且靶基因被强烈激活。

“这些成分在生物体内共同作用，影响内源基因，”Izpisua Belmonte实验室的研究员，新论文的共同第一作者Hsin-Kai(Ken)Liao说。通过这种方式，该技术以表观遗传方式进行，这意味着它在不改变DNA序列的情况下影响基因活性。

为了测试该方法，研究人员使用了急性肾损伤，1型糖尿病和一种肌营养不良症的小鼠模型。在每种情况下，他们设计了他们的CRISPR / Cas9系统以增强内源基因的表达，该基因可能潜在地逆转疾病症状。在肾病的情况下，它们激活已知参与肾功能的两个基因，并且不仅观察到与这些基因相关的蛋白质水平增加，而且在急性损伤后改善肾功能。对于1型糖尿病，它们旨在增强可产生胰岛素生成细胞的基因的活性。治疗再次起作用，降低了糖尿病小鼠模型中的血糖水平。对于肌肉萎缩症研究人员表达了之前已被证明可以逆转疾病症状的基因，包括一种特别大的基因，这种基因不能通过传统的病毒介导的基因疗法轻易传递。

“当我们在老鼠身上看到结果时，我们非常兴奋，”该实验室的研究助理兼该论文的共同第一作者Fumiyuki Hatanaka补充道。“我们可以诱导基因激活，同时看到生理变化。”

Izpisua Belmonte的团队正在努力提高其系统的特异性，并将其应用于更多的细胞类型和器官，以治疗更广泛的人类疾病，以及恢复特定器官，并逆转衰老过程和与年龄相关的疾病。如听力丧失和黄斑变性。他们说，在人体试验之前，还需要进行更多的安全测试。

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