薛文博士Nature子刊,创建包含覆盖整个基因组的大量邮政编码的库被证明是困难的

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薛文博士Nature子刊:高效、安全地利用CRISPR治疗疾病
CRISPR基因组编辑技术使得科学家们能够剪掉一段特异的DNA序列,用新序列来替代它,其有潜力治愈缺陷基因引起的一些疾病。为了实现这种潜能,科学家们必须找到一种方法安全地将CRISPR机器和校正的DNA拷贝传送到病变细胞中去。

CRISPR /
Cas通过在预定位点切割DNA来实现靶基因的失活。这是通过为Cas酶提供遗传邮政编码来实现的。使用整个邮政编码库,然后可以同时探测基因组内的多个位点,例如以确定哪些基因对于癌细胞存活是必需的。这可能会彻底改变药物的发现。

足球买球网站,现在麻省理工学院的研究人员开发出了一种方法,能够比以往更有效地传送CRISPR基因组修复元件,他们相信这种方法也能够更安全地供人类使用。在小鼠研究中,他们发现能够在6%的肝细胞中修正引起酪氨酸血症的突变基因——这样的效率足以治愈罹患这种罕见肝病的小鼠。突破性的成果发布在2月1日的《自然生物技术》杂志上。

然而,不幸的是,创建包含覆盖整个基因组的大量邮政编码的库被证明是困难的。歌德大学的研究人员现在成功地解决了这个问题。正如Manual

麻省大学医学院分子医学助理教授薛文,及MIT化学工程系副教授、Koch综合癌症研究所及医学工程学与科学研究所成员DanielAnderson是这篇论文的共同资深作者。薛文博士早年毕业于南京大学,在麻省理工学院攻读博士后。其实验室的主要研究兴趣是利用小RNA工具,例如RNAi介导的沉默及CRISPR/Cas9介导的基因组编辑来开发出肝癌和肺癌遗传模型。

Kaulich博士在科学期刊eLife中所报告的那样,他和同事找到了一种可靠的方法来创建任何规模的图书馆。使用我们新开发的3C技术,我们首次提出了一个库,可以让我们同时研究整个基因组

包括基因之外的非编码区域。总的来说,我们的库包含1650万个独特的邮政编码,
Kaulich解释说,他是生物化学研究所II的一个独立研究小组的负责人。

代表我们基因组98%的非编码区特别令人感兴趣,因为它们被怀疑是许多调控机制的关键。通过新方法产生的CRISPR
/ Cas试剂可以例如有助于更好地理解化疗抗性潜在的机制。

灵感的闪光与同事Andreas Ernst博士一起击中了Manuel
Kaulich,他当时也是生物化学研究所II的研究小组的负责人。我们正在聊聊我们不同的专业领域,突然之间就如何优雅地将两者结合起来就有了这个令人信服的想法,Kaulich和Ernst表示。

从那时起,Manuel Kaulich已经建立了许多额外的合作,例如与Anja
Bremm博士合作,他也是生物化学研究所II的组长,关于某种蛋白质类的生物相关性。他与研究所所长伊万迪基奇教授一起建立了法兰克福CRISPR
/ Cas筛查中心(FCSC),旨在使该技术广泛用于研究未知的细胞功能。Ivan
Dikic评论道:这一激动人心的发现也归功于我们学院的独特文化,它激发了创造力,新思想和团队精神。

通过其技术转让子公司Innovectis,歌德大学同时申请了一项保护创新理念的专利。该专利还为初创公司Vivlion
GmbH奠定了基础,该公司最近由生物化学研究所的三名员工与歌德大学共同创立。副校长Manfred
Schubert-Zsilavecz教授评论说:这是歌德大学的一个里程碑:Vivlion是歌德大学员工参与创立的第一家初创公司。

Innovectis准备起飞的起点。正如Innovectis首席执行官Martin
Raditsch所说,我很高兴能够从歌德大学成功创办Vivlion
GmbH,因为我们在这里有一个非常有前途的技术,一个优秀的工作组和一个完美组装的创始团队。该公司将在未来几个月向市场推出首批3Cs试剂。

2014年,薛文博士曾作为主要作者在Nature杂志上发表论文,他与麻省理工学院的同事们一起,采用CRISPR基因编辑系统将致癌突变导入到了成年小鼠肝脏中,由此构建出了小鼠癌症模型(延伸阅读:Nature重要成果:用CRISPR构建癌症模型)。

Anderson说:“新研究结果令我们感到非常兴奋,因为它让我们觉得这是一个可用来治疗一系列疾病——不仅是酪氨酸血症,还有其他疾病的基因修复系统。”

在这项新研究中,薛文、Anderson和同事们开发出了一种组合的纳米颗粒及病毒传递系统来传送CRISPR修复机器。首先,他们构建出了由脂质和编码Cas9酶的信使RNA构成的一种纳米颗粒。其他两个元件:RNA导向链和校正基因DNA被嵌入到基于腺相关病毒的重编程病毒颗粒中。

研究人员在使用脂质纳米颗粒的前一周首先给肝细胞注入了病毒,使得这些细胞有时间开始生成RNA向导链和DNA模板。当注入携带Cas9mRNA链的纳米颗粒时,这些细胞开始生成Cas9蛋白质,不过这只能持续数天因为mRNA最终会降解。这一时间长度足以完成基因修复,也防止了cas9继续逗留于细胞中,潜在地破坏细胞基因组的其他部分。

Anderson说:“一些人担心,如果让Cas9在细胞中存留太长的时间,有可能会导致一些基因组不稳定。我们认为使用mRNA纳米颗粒通过确保Cas9酶不会存在太长的时间,而提高了安全系数。”

利用这种新方法,每16个细胞中约有1个获得基因纠正,相比于2014年的研究提高了15倍的效率。研究人员还发现相比于将Cas9基因整合到细胞基因组中去的一些方法,新方法造成的脱靶DNA切割较少。

论文的主要作者、Koch综合癌症研究所HaoYin说:“我们进行了全基因组分析,证实我们获得了极高水平的打靶效应,而几乎没有脱靶效应。”

Anderson实验室已构建出了一些相似的纳米颗粒,现正在临床开发中。由于AAV病毒颗粒现已在一些临床试验中用于其他用途,研究人员乐观地认为这一CRISPR传递方法可以用于人类,不过还需要开展更多的研究来证实这一点。

研究人员已为这一技术申请了专利,他们认为可以利用它来治疗各种疾病,尤其是肝脏疾病。“在一些代谢疾病和其他的肝病中如果你能够修复突变基因,你就真的能够影响这些患者的健康,”Anderson说。

论文的作者之一、Koch研究所教授RobertLanger说:“看到我们的研究团队开发出这一新的CRISPR传递方法真是令人感到兴奋,我相信其有潜力造成深远的影响。”

CRISPR介导的遗传修复为人类基因治疗提供了一条新思路,当前世界各地的研究小组都在竭力地探索及开发CRISPR的临床治疗潜力。

在2015年12月31日的《科学》上,三个独立研究小组提供了初步的研究证据表明,通过编辑一个与肌肉功能相关的基因,修复杜氏肌营养不良症小鼠的一些肌肉功能,可以治愈这一遗传性疾病。这标志着第一次在完全发育的活体哺乳动物中CRISPR采用一种有潜力转化为人类疗法的策略,成功治疗了一种遗传疾病(延伸阅读:三篇Science文章:利用CRISPR治疗遗传疾病)。

此外,来自北京大学的研究人员近期报道称,他们用双gRNAs导向CRISPR/Cas9系统抑制了乙型肝炎病毒复制。研究结果表明,CRISPR/Cas9系统可以有效破坏HBV表达模板,且没有明显的细胞毒性。它有可能是在慢性HBV感染患者中根除持续存在的HBVcccDNA的一种潜在的方法(延伸阅读:北大鲁凤民教授:用CRISPR/Cas9治疗乙肝)。

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