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Nature:新CRISPR可任意“编辑”非分裂细胞

来源:生物探索 作者:编辑 人气: 发布时间:2016-11-18
摘要:研究人员首次证实,基于CRIPSR的技术能够将DNA插入到非分裂细胞(non-dividing cells)的靶向位置。此外,研究还证实,这一技术能够部分恢复盲鼠的视觉反应。

From left: Jun Wu, Reyna Hernandez-Benitez, Keiichiro Suzuki and Juan Carlos Izpisua Belmonte

 

11 月16日,发表在Nature上的一项研究中(题目:In vivo genome editing via CRISPR/Cas9 mediated homology-independent targeted integration),Salk研究所的科学家们发现基因编辑神器CRISPR的又一“魔力”。研究人员首次证实,基于CRIPSR的技术能够将DNA插入到非分裂细胞(non-dividing cells)的靶向位置。此外,研究还证实,这一技术能够部分恢复盲鼠的视觉反应。

 

论文的通讯作者Juan Carlos Izpisua Belmonte教授说:“我们感到非常兴奋,因为这是之前不能做到的事情。我们首次进入了不能分裂的细胞中,且能任意修改DNA。这一发现可能的应用价值是非常巨大的。”

 

迄今为止,括CRISPR-Cas9系统在内的DNA编辑技术一直在分裂细胞中最有效,如皮肤或肠道中的细胞。Salk研究所发明的这一新技术(简称Salk技术)插入新DNA到分裂细胞中的有效率是其它技术的10倍。这将使这一新技术成为研究和医学领域非常有前景的工具。但更重要的是,Salk技术首次使科学家们成功将新基因插入到了不再分裂的成人细胞的精准DNA位置。这些不再分裂的细胞包括眼睛、大脑、胰腺或心脏细胞等。这项突破为这些细胞的治疗应用提供了新的可能。

 

如何实现的?

 

为了获得这一结果,科学家们靶向了称为非同源性末端接合(non-homologous end-joining,NHEJ)的DNA修复细胞通路。这一通路的作用是修复常规的DNA断裂。他们将这一过程与已有的基因编辑技术CRISPR相结合,成功地将新的DNA插入到了非分裂细胞的精准位置。

 

论文的共同第一作者Keiichiro Suzuki说:“利用这一NHEJ通路插入新的DNA是基因组编辑领域一项革命性的成果。先前没有人这样做过。”

 

具体来说,首先,研究小组着手优化NHEJ机制,以便与CRISPR-Cas9系统一起使用。他们创建了一个由核酸鸡尾酒组成的定制插入包(insertion package),并称其为同源非依赖性靶向插入(homology-independent targeted integration,HITI)。随后,他们利用一种惰性病毒呈递HITI的遗传指令包到神经元中。

 

论文的共同第一作者Jun Wu说:“这是HITI可能在非分裂细胞中发挥作用的首个迹象。”紧接着,研究小组又成功呈递了这一结构到成年小鼠的大脑中。

 

Pictured is a part of the adult mouse brain. Cell nuclei are blue and genome-edited neurons are green.

 

能否发挥治疗作用?

 

最后,为了探索HITI用于基因替代疗法的可能性,研究小组在色素性视网膜炎大鼠模型中测试了这一技术。这是一种遗传性视网膜退化疾病,能够导致人类失明。科学家们利用HITI将Mertk基因的功能性拷贝递送到3周龄大鼠的眼睛中。Mertk基因是患色素性视网膜炎时损伤的基因之一。

 

研究人员在大鼠8周龄时开始分析这一基因编辑过程的作用。结果发现,实验动物能够对光作出响应。通过一些测试表明,大鼠的视网膜细胞正在痊愈。

 

该研究的共同第一作者Reyna Hernandez-Benitez说:“结果证实,我们能够改善这些盲鼠的视力。这些初期的成果表明了这一技术的前景。”

 

前景&计划

 

Izpisua Belmonte说:“现在,我们拥有了能够修改非分裂细胞中DNA的技术,使得我们能够修复大脑、心脏和肝脏中‘坏掉’的基因。这或许能够帮助治愈一些我们从前束手无策的疾病。”

 

研究小组的下一步计划是改善HITI的呈递效率。HITI技术的“魅力”所在是,它不只是适用于CRISPR-Cas9,而是适用于任何靶向基因组工程系统。因此,随着这些系统安全性和有效性的提高,HITI的效果也会随之改变。

 

编辑圈点

 

小编关注“魔剪”相关的研究已有两年之久。这期间见证了大量让人兴奋的成果。除了这一研究,上周同样发表在Nature上的一项研究中,斯坦福大学的研究团队利用CRISPR技术,在人体干细胞中成功修复了造成镰状细胞贫血病的基因,向治疗遗传疾病又迈了一步。

 

此外,近几日刷屏的报道称,上个月,华西医院基于CIRSPR技术治疗肺癌的临床试验已正式启动。10月28日,首名患者接受了这些经CRISPR技术改造的T细胞的治疗。研究负责人卢铀教授在接受Nature采访时表示,这次治疗进展得很顺利,患者即将接受第二次注射。接下来,参与试验的患者将受到密切的监护。我们期待CRISPR技术能够真正用于治疗人类疾病。

 

参考资料

 

New gene-editing technology partially restores vision in blind animals

 

Salk researchers have discovered, for the first time, how to place DNA in specific locations in non-dividing cells

作者:编辑

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