CRISPR基因编辑系统的最新研究成果

CRISPR基因编辑系统的最新研究成果

2016年08月31日讯 最近，科学家们利用CRISPR-Cas9首次让人细胞变身为记忆存储系统，有望靶向清除多种疱疹病毒感染和用于治疗血液疾病，直接改变细胞身份，高效和特异性地实现靶DNA单碱基突变等等。更为重要的是，我国科学家将进行世界首个人类CRISPR基因编辑临床试验。

CRISPR基因编辑技术或有望治疗血液疾病

刊登于国际著名杂志Nature Medicine上的一项研究报告中，来自圣犹大儿童研究医院的研究人员通过研究利用CRISPR基因编辑技术就可以帮助治疗镰刀形细胞病以及β地中海贫血症，该研究为后期通过基因组编辑技术来开发治疗常见血液障碍的新型疗法提供了一定帮助。

研究者Mitchell J. Weiss说道，我们所利用的基因编辑方法对于治疗遗传性胎儿血红蛋白持续存在症具有一定益处，我们很早就知道，机体中胎儿血红蛋白水平持续升高，且携带遗传突变的个体往往对镰刀形细胞病及β地中海贫血症的症状有一定的耐受性，严重贫血的遗传形式在地球上很多区域都非常常见，这项研究中研究者就发现了一种方法，可以利用CRISPR基因编辑技术来对患者产生类似的有益效应。

此前研究者们知道，抑制或逆转血红蛋白亚单位的γ-β开关就可以提高成年人机体中胎儿血红蛋白的水平，同时还会明显改善β地中海贫血症或镰刀形细胞病患者的虚弱症状，研究者Weiss补充道，这项研究中我们发现了一种基因组编辑介导疗法的潜在DNA靶点，并且为治疗β地中海贫血症及镰刀形细胞病提供了一种新方法。如今我们利用CRISPR基因编辑技术就可以靶向作用DNA，移除刺激γ-β开关的DNA片段，同时促进成体红细胞中胎儿血红蛋白水平的持续性增长。

本文研究就揭示了除现有许多创新性策略的另外一种方法，同时研究者还比较了该实验系统所产生的胎儿血红蛋白的水平。利用基因组编辑技术来恢复遗传性胎儿血红蛋白持续存在症或许是一种非常有吸引力的选择；研究者强调说，目前利用这种新型基因编辑方法进入临床试验还维持过早，后期我们希望能够继续深入研究来改善基因编辑过程，并且再进行其它实验来将潜在有害的脱靶突变的可能性降到最低，此外对不同方法进行对比来确定哪种方法最安全且最有效也是非常关键的，有待于我们后期进一步研究分析。

利用改进的CRISPR/Cas9技术直接改变细胞身份

在一项新的研究中，来自美国杜克大学的研究人员开发出一种不再需要导入额外基因拷贝的策略。相反，他们利用一种经过基因修饰的CRISPR/Cas9基因编程技术直接激活已经存在于细胞基因组中的自然拷贝。

在这项新的研究中，Black、Gersbach和同事们利用经过基因修饰的CRISPR/Cas9技术准确地激活三种基因Brn2、Ascl1和Myt1l来自然地产生这些控制神经元基因网络的主转录因子，而不是导入携带这些额外基因拷贝的病毒。

研究人员先将细菌防御系统CRISPR/Cas9进行基因修饰让它与一种基因激活物偶联在一起，这样仍然能够鉴定出特异性的DNA片段，但是不会切割靶片段，而是让它们保持完整，同时利用基因激活物将靶片段激活。

在实验室中，将这种经过基因修饰的CRISPR/Cas9系统注射到小鼠胚胎成纤维细胞中。检测结果表明一旦被这种系统激活，这三种神经元主转录因子基因就强力地激活神经元基因。这导致这些成纤维细胞传导电信号---神经元的一种典型特征。而且即便将与CRISPR/Cas9偶联的基因激活物取走后，这些细胞仍然保持它们的神经元性质。

这些实验证实利用这种经过基因修饰的CRISPR/Cas9技术产生的神经元在靶基因上的表观遗传程序与在小鼠大脑组织中自然发现的神经元标志相匹配。

根据Black的说法，接下来的行动方案就是将这种方法拓展到人类细胞中，提高这种技术的效率，并且试图清除其他的表观遗传障碍，这样它可能能够用来构建特定疾病模型。

利用改进的CRISPR/Cas9系统高效和特异性地实现单碱基突变

在一项新的研究中，利用一种引入DNA单个核苷酸变化的脱氨酶，来自日本神户大学的研究人员构建出一种改进的CRISPR/Cas9工具，从而避免产生有害的双链断裂，使得利用CRISPR/Cas9技术引入的附带突变最小化，而且也不需要加入DNA模板。

利用CRISPR/Cas9系统，人们通过将Cas9导入到细胞中对一种DNA序列进行编辑而产生双链断裂，同时也将一种DNA模板导入到这种细胞中，这样该细胞利用这种DNA模板修复这种断裂。这种编辑过程依赖细胞的同源重组机制，然而其他的修复机制如NHEJ也来竞争执行这种修复任务，因而经常导致不想要的和不准确的序列插入和删除。

为了构建一种更加准确的编辑工具，神户大学科学家Akihiko Kondo和他的同事们将一种没有核酸酶活性的不能够切割双链DNA的Cas9版本或一种产生单链切口的切口酶Cas9版本与一种来自七鳃鳗（sea lamprey）免疫系统的激活诱导性胞苷脱氨酶（activation-induced cytidine deaminase, AID）融合在一起。在正常情形下，这种AID酶在免疫球蛋白和抗体基因中产生突变从而让免疫系统具有多样性。AID作用在单链DNA上，将胞嘧啶（C）替换为尿嘧啶（U），随后在一轮DNA复制中，这种尿嘧啶（U）被转化为胸腺嘧啶（T）。

通过测试这种新的杂合复合物是否能够在出芽酵母---缺乏一种内源性的类似AID的系统---中修饰一种选择性的标志物，Kondo团队发现当在向导RNA（gRNA）的引导下，这种蛋白复合物靶向作用于CAN1基因，而且相对于非靶向的选择性标志物，CAN1基因发生突变的频率增加了1000倍。利用全基因组测序，研究人员发现很少的脱靶突变，只比背景突变率略有增加。论文第一作者、Kondo实验室博士后研究员Keiji Nishida说，“[在AID存在下]，这种脱靶突变率是可以接受的，相比于自然的背景突变率增加了不到10倍。”

研究人员也证实将两种不同的gRNA与Cas9-AID复合物一起表达能够同时对两种基因进行修饰。

相比于没有核酸酶活性的Cas9-AID复合物，切口酶Cas9-AID复合物能够在核苷酸替换位点的相反链上产生切口，基因编辑效率略高一些。Nishida解释道，这是因为核苷酸切除修复（nucleotide excision repair, NER）能够修复AID产生的核苷酸替换，“如果在互补链上产生一个切口，那么就不再有参照链来校正替换突变”，从而使得想要的核苷酸替换过程更有效率地进行。

为了进一步修饰，研究人员将尿嘧啶DNA糖基化酶（uracil DNA glycosylase）抑制剂---与这种Cas9-AID复合物连接在一起，从而增加这种复合物产生C-T替换的效率，同时使得在哺乳动物细胞系中发生的不想要的缺失突变最小化。

这种基因编辑复合物也能够在哺乳动物细胞系中表现良好，导致相对少的脱靶突变。在酵母细胞中，相对于表达标准的CRISPR/Cas9系统，表达上述两种改进的DNA编辑复合物中的任何一种都能够导致它们更好的生长，这提示着这种新的编辑工具也是毒性更小的。

CRISPR基因编辑技术又取得了哪些爆发式进展

CRISPR基因编辑技术又取得了哪些爆发式进展
CRISPR基因编辑技术正在大爆发，短短2个月内，又取得了哪些进展，引发了哪些争端呢？本文由机器之心经FLI（Future of Life Institute）独家授权翻译。FLI由MIT宇宙学家Max Tegmark和Skype联合创始人Jaan Tallinn等人共同创立，顾问委员会包括企业家马斯克和物理学家史蒂芬·霍金，致力于研究人工智能、基因编辑等前沿科技对人类未来生活的影响。

最新的基因编辑技术，可以做到什么地步？

成功让雄性老鼠体细胞变成卵细胞
当地时间3月8日，在英国伦敦召开的第三届人类基因组编辑国际峰会上，来自日本九州大学的林克彦（Katsuhiko Hayashi，音译）教授介绍了该研究的详细情况。
该技术包括首先从雄性老鼠身上提取皮肤细胞，然后将其转化成类似干细胞的状态，以创建所谓的诱导性多能干细胞（iPS cells）——一种可以转化为其他类型细胞的细胞。因为该皮肤细胞从雄性老鼠身上提取，因此具有XY染色体。林克彦教授的团队剔除了其中的Y染色体，再向另一个细胞“借来”一个X染色体，然后将两个X染色体巧妙地“粘”在一起。这一流程使得干细胞变成卵细胞。
“这其中最大的诀窍就是X染色体的复制。”林克彦教授说，“我们真的试图建立一个系统来复制X染色体。”
最后，拥有两个X染色体的这些细胞被放置在一个卵巢类器官中进行培养，从而形成卵子。当与正常精子受精后，科学家们获得了大约600个胚胎，并将其植入代孕老鼠体内。最终，代孕老鼠诞生了7只小鼠幼崽。
这些小老鼠看起来很健康，会有一个正常的寿命，并在成年后得以继续生育后代。“它们看起来还不错，在正常生长，以后能够成为父亲。”林克彦教授表示。实验中约1%的生产成功率低于用正常女性卵细胞能够达到的5%的成功率。
不孕不育症患者的新希望？
现阶段该技术还不能安全用于人类
林克彦教授表示，该研究的主要动机是希望能够为罹患不孕不育症的夫妻提供一种生育治疗方法，例如患有特纳综合征的妇女，她们拷贝的X染色体有一整个或部分缺失的情况。
他继续补充，目前，这项研究仍处于早期阶段，卵细胞的质量不高。“即使在老鼠身上实验，卵细胞的质量也存在很多问题。因此，在考虑将其作为一种生育治疗方法之前，我们必须克服这些问题，这可能需要很长的时间。”他表示。
同时，在这个阶段，技术还不能安全地用于人类。但是，他认为这一问题能够在10年内得到解决。然而，部分科学家认为这一时间估计过于乐观，因为目前在实验室条件下还未能从女性细胞中创造出可行的人类卵细胞。并且，也有科学家提出，人类的细胞需要更长的培养时间来产生一个成熟的卵细胞，这可能会增加细胞获得不必要的遗传变化的风险。
此外，林克彦教授还提出对社会是否能够接受这一技术的担忧。他并不赞同男性用自己的精子和人工制造的卵细胞来创造一个婴儿。“在技术上这是可能的。但是我不太确定在现在这个阶段，它是否安全或为社会所接受。”他补充到。林克彦教授已经向科学杂志《自然》提交了这一研究。
中国科学院的王浩义教授认为，在考虑将该技术应用于临床之前，还有很长的路要走。“科学家从不说永远，原则上，实验已经在老鼠身上完成了，当然它可能在人类身上实现。但我可以预见到未来（该技术）会遇到很多挑战，我无法预测（克服它们）将花费多少年。”
红星新闻记者 王雅林 实习生 王慕宁

本文地址:http://dadaojiayuan.com/jiankang/301548.html.

声明： 我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本站部分文字与图片资源来自于网络，转载是出于传递更多信息之目的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们(管理员邮箱：douchuanxin@foxmail.com)，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!

上一篇: Science子刊：挑战常规！同一个···

下一篇: 一种能够消灭癌细胞、帮助机体恢复抗癌···