摘要：研究人員開發(fā)出一種改進(jìn)的基因編輯方法，可以同時(shí)糾正哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的多種致病突變。
一些遺傳性疾病，例如囊性纖維化、血友病和泰-薩克斯病，涉及個(gè)體基因組中的多種突變，這些突變通常變異程度很高，即使兩個(gè)患有相同疾病的個(gè)體也可能存在不同的突變組合。這些復(fù)雜性使得開發(fā)針對(duì)這些疾病的廣泛適用的基因療法變得極具挑戰(zhàn)性。
德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究人員如今開發(fā)出一種改進(jìn)的基因編輯方法，這種方法比其他類似方法更精確、更高效，并且可以一次性糾正哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的多種致病突變。他們還證明了該方法在糾正斑馬??魚胚胎中導(dǎo)致脊柱側(cè)彎的突變方面的有效性。這種新方法利用了來(lái)自細(xì)菌的遺傳元件——逆轉(zhuǎn)錄子，這種元件有助于保護(hù)微生物免受病毒感染。這是研究人員首次利用逆轉(zhuǎn)錄子糾正脊椎動(dòng)物的致病突變，為人類疾病的新型基因療法帶來(lái)了希望。
“許多現(xiàn)有的基因編輯方法僅限于一兩個(gè)突變，這讓很多人無(wú)法參與，”德克薩斯大學(xué)研究生、《自然生物技術(shù)》新論文的合著者杰西·巴芬頓 (Jesse Buffington) 說(shuō)道。 “我的希望，也是我的動(dòng)力，是開發(fā)一種基因編輯技術(shù)，讓那些可能攜帶更多獨(dú)特致病突變的人也能參與其中，并且使用逆轉(zhuǎn)錄子 (retrons) 將能夠?qū)⑦@種影響擴(kuò)展到更廣泛的患者群體?！?/div>
圖1 用于精準(zhǔn)基因組編輯的逆轉(zhuǎn)錄子的發(fā)現(xiàn)與改造
巴芬頓與德克薩斯大學(xué)分子生物科學(xué)教授伊利亞·芬克爾斯坦共同領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究，該研究得到了 Retronix Bio 和韋爾奇基金會(huì)的部分資助。
圖1 用于精準(zhǔn)基因組編輯的逆轉(zhuǎn)錄子的發(fā)現(xiàn)與改造
由于新方法可以用健康的序列替換大量有缺陷的 DNA，因此相同的基于 retron 的包可以修復(fù)該 DNA 片段內(nèi)的任何突變組合，而不必針對(duì)任何一個(gè)人的基因。
“我們希望通過(guò)開發(fā)一次性治愈大量患者的現(xiàn)成工具，實(shí)現(xiàn)基因治療的大眾化，”芬克爾斯坦說(shuō)?！斑@將使其開發(fā)在經(jīng)濟(jì)上更加可行，而且從監(jiān)管角度來(lái)看也更加簡(jiǎn)單，因?yàn)橹恍枰@得FDA的一次批準(zhǔn)?！?/div>
圖2 生物信息學(xué)逆轉(zhuǎn)錄子發(fā)現(xiàn)流程概述
圖1 用于精準(zhǔn)基因組編輯的逆轉(zhuǎn)錄子的發(fā)現(xiàn)與改造
其他研究人員曾利用逆轉(zhuǎn)錄子對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞進(jìn)行基因編輯，但這些方法效率極低。最佳方法也只能將新DNA插入約1.5%的目標(biāo)細(xì)胞基因組中。而德克薩斯大學(xué)開發(fā)的方法可以將新DNA插入約30%的目標(biāo)細(xì)胞中，研究人員看到了進(jìn)一步提高編輯效率的潛力。
新方法的另一個(gè)好處是，它可以以包裹在脂質(zhì)納米顆粒中的RNA形式導(dǎo)入細(xì)胞。這些納米顆粒經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，可以緩解其他傳統(tǒng)基因編輯器遞送方法存在的問(wèn)題。
德克薩斯大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)目前正在運(yùn)用他們的方法開發(fā)囊性纖維化 (CF) 的基因療法。CF 是一種由 CFTR 基因突變引起的疾病，會(huì)導(dǎo)致肺部粘液增厚，引發(fā)慢性感染和進(jìn)行性肺損傷。該團(tuán)隊(duì)最近獲得了 Emily's Entourage 的資助，該機(jī)構(gòu)是一家非營(yíng)利組織，致力于為 10% 的 CF 患者尋找治愈方法，這些人目前無(wú)法從現(xiàn)有的突變靶向療法中獲益。他們正著手研究在模擬 CF 病理的細(xì)胞中替換 CFTR 基因的缺陷部分，并最終在 CF 患者的氣道細(xì)胞中進(jìn)行替換。
圖2 生物信息學(xué)逆轉(zhuǎn)錄子發(fā)現(xiàn)流程概述
“傳統(tǒng)的基因編輯技術(shù)只對(duì)單一突變有效，而且優(yōu)化成本高昂，因此基因療法往往側(cè)重于最常見的突變，”Buffington 說(shuō)道?！暗谐^(guò)一千種突變可能導(dǎo)致囊性纖維化。對(duì)于公司來(lái)說(shuō)，為三個(gè)人開發(fā)基因療法在經(jīng)濟(jì)上是不可行的。而我們基于逆轉(zhuǎn)錄病毒的方法，可以切除整個(gè)缺陷區(qū)域，并用健康區(qū)域替換，這可以惠及更大范圍的囊性纖維化患者?！?/div>
囊性纖維化基金會(huì)將提供另一筆資助，用于對(duì) CFTR 基因中最常見的導(dǎo)致 CF 的突變部分進(jìn)行類似的研究。
參考資料
[1] Discovery and engineering of retrons for precise genome editing
摘要：研究人員開發(fā)出一種改進(jìn)的基因編輯方法，可以同時(shí)糾正哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的多種致病突變。
一些遺傳性疾病，例如囊性纖維化、血友病和泰-薩克斯病，涉及個(gè)體基因組中的多種突變，這些突變通常變異程度很高，即使兩個(gè)患有相同疾病的個(gè)體也可能存在不同的突變組合。這些復(fù)雜性使得開發(fā)針對(duì)這些疾病的廣泛適用的基因療法變得極具挑戰(zhàn)性。
德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究人員如今開發(fā)出一種改進(jìn)的基因編輯方法，這種方法比其他類似方法更精確、更高效，并且可以一次性糾正哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的多種致病突變。他們還證明了該方法在糾正斑馬??魚胚胎中導(dǎo)致脊柱側(cè)彎的突變方面的有效性。這種新方法利用了來(lái)自細(xì)菌的遺傳元件——逆轉(zhuǎn)錄子，這種元件有助于保護(hù)微生物免受病毒感染。這是研究人員首次利用逆轉(zhuǎn)錄子糾正脊椎動(dòng)物的致病突變，為人類疾病的新型基因療法帶來(lái)了希望。
“許多現(xiàn)有的基因編輯方法僅限于一兩個(gè)突變，這讓很多人無(wú)法參與，”德克薩斯大學(xué)研究生、《自然生物技術(shù)》新論文的合著者杰西·巴芬頓 (Jesse Buffington) 說(shuō)道。 “我的希望，也是我的動(dòng)力，是開發(fā)一種基因編輯技術(shù)，讓那些可能攜帶更多獨(dú)特致病突變的人也能參與其中，并且使用逆轉(zhuǎn)錄子 (retrons) 將能夠?qū)⑦@種影響擴(kuò)展到更廣泛的患者群體。”
巴芬頓與德克薩斯大學(xué)分子生物科學(xué)教授伊利亞·芬克爾斯坦共同領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究，該研究得到了 Retronix Bio 和韋爾奇基金會(huì)的部分資助。
圖1 用于精準(zhǔn)基因組編輯的逆轉(zhuǎn)錄子的發(fā)現(xiàn)與改造
由于新方法可以用健康的序列替換大量有缺陷的 DNA，因此相同的基于 retron 的包可以修復(fù)該 DNA 片段內(nèi)的任何突變組合，而不必針對(duì)任何一個(gè)人的基因。
“我們希望通過(guò)開發(fā)一次性治愈大量患者的現(xiàn)成工具，實(shí)現(xiàn)基因治療的大眾化，”芬克爾斯坦說(shuō)?！斑@將使其開發(fā)在經(jīng)濟(jì)上更加可行，而且從監(jiān)管角度來(lái)看也更加簡(jiǎn)單，因?yàn)橹恍枰@得FDA的一次批準(zhǔn)?！?/div>
圖2 生物信息學(xué)逆轉(zhuǎn)錄子發(fā)現(xiàn)流程概述
其他研究人員曾利用逆轉(zhuǎn)錄子對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞進(jìn)行基因編輯，但這些方法效率極低。最佳方法也只能將新DNA插入約1.5%的目標(biāo)細(xì)胞基因組中。而德克薩斯大學(xué)開發(fā)的方法可以將新DNA插入約30%的目標(biāo)細(xì)胞中，研究人員看到了進(jìn)一步提高編輯效率的潛力。
新方法的另一個(gè)好處是，它可以以包裹在脂質(zhì)納米顆粒中的RNA形式導(dǎo)入細(xì)胞。這些納米顆粒經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，可以緩解其他傳統(tǒng)基因編輯器遞送方法存在的問(wèn)題。
德克薩斯大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)目前正在運(yùn)用他們的方法開發(fā)囊性纖維化 (CF) 的基因療法。CF 是一種由 CFTR 基因突變引起的疾病，會(huì)導(dǎo)致肺部粘液增厚，引發(fā)慢性感染和進(jìn)行性肺損傷。該團(tuán)隊(duì)最近獲得了 Emily's Entourage 的資助，該機(jī)構(gòu)是一家非營(yíng)利組織，致力于為 10% 的 CF 患者尋找治愈方法，這些人目前無(wú)法從現(xiàn)有的突變靶向療法中獲益。他們正著手研究在模擬 CF 病理的細(xì)胞中替換 CFTR 基因的缺陷部分，并最終在 CF 患者的氣道細(xì)胞中進(jìn)行替換。
圖2 生物信息學(xué)逆轉(zhuǎn)錄子發(fā)現(xiàn)流程概述
“傳統(tǒng)的基因編輯技術(shù)只對(duì)單一突變有效，而且優(yōu)化成本高昂，因此基因療法往往側(cè)重于最常見的突變，”Buffington 說(shuō)道?！暗谐^(guò)一千種突變可能導(dǎo)致囊性纖維化。對(duì)于公司來(lái)說(shuō)，為三個(gè)人開發(fā)基因療法在經(jīng)濟(jì)上是不可行的。而我們基于逆轉(zhuǎn)錄病毒的方法，可以切除整個(gè)缺陷區(qū)域，并用健康區(qū)域替換，這可以惠及更大范圍的囊性纖維化患者?！?/div>
囊性纖維化基金會(huì)將提供另一筆資助，用于對(duì) CFTR 基因中最常見的導(dǎo)致 CF 的突變部分進(jìn)行類似的研究。
參考資料
[1] Discovery and engineering of retrons for precise genome editing
