來自美國德克薩斯大學(UT)西南醫學中心的科學家們近日發表研究報告稱,他們使用一種 CRISPR/Cas9 基因編輯技術可以糾正導致杜氏肌營養不良(DMD)的 3000 種基因突變中的大部分突變。在概念驗證研究中,Eric Olson 博士及其同事們使用了單切 myoediting 技術,成功地在來源于 DMD 患者并攜帶一系列不同 DMD 基因突變的細胞中恢復了正常的抗肌萎縮蛋白(dystrophin)的生產。在 3D 工程心臟肌肉中,對 DMD 突變進行 myoediting 成功恢復了心肌細胞中抗肌萎縮蛋白的表達及其收縮力。

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根據報道,這種新的方法需要在 DMD 基因的特定位點上進行單切,并且可以消除針對每種 DMD 突變單獨開發一種基因編輯工具的必要性。UT 西南醫學中心再生科學和醫學 Hamon 中心主任 Olson 博士表示,這是非常重要的進步,我們希望這種技術最終能減輕攜帶廣泛類型突變的 DMD 患者的痛苦甚至挽救其生命。

這項研究已于近日發表于《Science Advances》(科學進展),題為“Correction of Diverse Muscular Dystrophy Mutations in Human Engineered Heart Muscle by Single-Site Genome Editing(采用單點基因組編輯在人工程肌肉中糾正各種不同的 DMD 基因突變)”。

DMD 在男性中的發病率為 1 /5000,該病是一種由 X - 連鎖的抗肌萎縮蛋白基因突變引起的遺傳病。DMD 基因有 260 萬堿基對,是人類基因組中已知最大的基因之一,其大小和復雜結構導致了非常高的自發突變率。截至目前,已經記錄在案的 DMD 基因突變多達 3000 種,包括大的片段缺失或重復、小的片段缺失以及點突變。

Olson 博士的研究小組以及其他研究團隊先前已使用 CRISPR/Cas9 介導的基因組編輯技術來糾正小鼠模型中的 DMD 基因點突變。但是,正如研究人員指出,大多數 DMD 患者攜帶的基因突變是一個或多個外顯子刪除突變,而只有 5%-9% 的 DMD 患者攜帶的是點突變。鑒于已在人類中鑒定出了數千種突變,一個很明顯的問題就是,如此大量的突變究竟怎么樣做才能通過 CRISPR/Cas9 介導的基因組編輯技術進行糾正。

事實上,大多數 DMD 基因突變成簇集中在基因的“熱點(hotspot)”區域(外顯子 45 至 50,以及外顯子 2 至 29)。這意味著,跳過位于“熱點”內或附近的 12 個目標外顯子(稱為 top 12 個外顯子)中的 1 個或 2 個并因此消除異常剪接位點,可以切實地在大約 60% 的 DMD 患者中產生一種功能性的抗肌萎縮蛋白。在這項研究中,該團隊創造的“myoediting”就是指通過外顯子跳躍糾正 DMD 基因突變。

在研究中,該研究團隊篩選了能指導 Cas9 酶跳過 DMD 基因前 12 個外顯子并能恢復一種具有功能性的抗肌萎縮蛋白產生的指導 RNA。其目的是開發一種能對成組突變起作用的 CRISPR/Cas9 工具,從而跳過單個外顯子可以恢復大多數患者抗肌萎縮蛋白的表達。

在研究中,該團隊應用優化的指導 RNA,采用 myoediting 技術在源于 DMD 患者并呈現各種各樣 DMD 基因突變(包括大片段刪除、點突變、序列重復突變等)心肌細胞的誘導多能干細胞(iPSC)中,恢復了抗肌萎縮蛋白的產生。

此外,利用 3DEHM 進行的檢測還發現,利用一個單個的指導 RNA 來 myoediting DMD 基因突變也成功恢復了抗肌萎縮蛋白的表達和肌收縮力。令人欣慰的是,研究發現沒有必要糾正心肌模型中每個心肌細胞內抗肌萎縮蛋白的產生,而只需糾正一組心肌細胞(30% 至 50%)就足以挽救突變的 EHM 表型,使其接近正常對照水平。

該研究的共同作者、UT 西南醫學中心分子生物學教授 Rhonda Bassel Duby 博士表示,這是一個非常重大的進步。目前,科學家們已經提出了許多不同的治療方法,但 myoediting 為延長患者生命并提高生命質量提供了一個真正的希望。我們不僅發現了一種實用的方法來治療許多突變,還開發了一種破壞性較小的方法來跳過缺陷 DNA 而不是移除它們。基因組是高度結構化的,你不希望刪除可能是非常重要的 DNA 片段。

根據該研究,相同的單切 CRISPR/Cas9 方法也可以切實地開發用于由單基因突變導致的其他疾病的治療。然而,前提條件是靶標外顯子被移除后,靶基因必須能夠發揮功能。Olson 博士指出,抗肌萎縮蛋白就像一個減震器,移除少數幾圈彈簧也是可以的。但其他蛋白質可能并不那么容易。

在 2017 年 2 月,Olson 博士已創立了初創公司 Exonics Therapeutics,該公司從 UT 西南醫學中心授權獲得了 CRISPR/Cas9 技術開發可用于治療 DMD 的藥物。之前,這家新公司已從 CureDuchenne Ventures 獲得了 500 萬美元的種子融資。

文章、圖片參考來源:CRISPR Technique Could Correct Majority of Thousands of DMD Mutations