来自美国德克萨斯大学(UT)西南医学中心的科学家们近日发表研究报告称,他们使用一种 CRISPR/Cas9 基因编辑技术可以纠正导致杜氏肌营养不良(DMD)的 3000 种基因突变中的大部分突变。在概念验证研究中,Eric Olson 博士及其同事们使用了单切 myoediting 技术,成功地在来源于 DMD 患者并携带一系列不同 DMD 基因突变的细胞中恢复了正常的抗肌萎缩蛋白(dystrophin)的生产。在 3D 工程心脏肌肉中,对 DMD 突变进行 myoediting 成功恢复了心肌细胞中抗肌萎缩蛋白的表达及其收缩力。

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根据报道,这种新的方法需要在 DMD 基因的特定位点上进行单切,并且可以消除针对每种 DMD 突变单独开发一种基因编辑工具的必要性。UT 西南医学中心再生科学和医学 Hamon 中心主任 Olson 博士表示,这是非常重要的进步,我们希望这种技术最终能减轻携带广泛类型突变的 DMD 患者的痛苦甚至挽救其生命。

这项研究已于近日发表于《Science Advances》(科学进展),题为“Correction of Diverse Muscular Dystrophy Mutations in Human Engineered Heart Muscle by Single-Site Genome Editing(采用单点基因组编辑在人工程肌肉中纠正各种不同的 DMD 基因突变)”。

DMD 在男性中的发病率为 1 /5000,该病是一种由 X - 连锁的抗肌萎缩蛋白基因突变引起的遗传病。DMD 基因有 260 万碱基对,是人类基因组中已知最大的基因之一,其大小和复杂结构导致了非常高的自发突变率。截至目前,已经记录在案的 DMD 基因突变多达 3000 种,包括大的片段缺失或重复、小的片段缺失以及点突变。

Olson 博士的研究小组以及其他研究团队先前已使用 CRISPR/Cas9 介导的基因组编辑技术来纠正小鼠模型中的 DMD 基因点突变。但是,正如研究人员指出,大多数 DMD 患者携带的基因突变是一个或多个外显子删除突变,而只有 5%-9% 的 DMD 患者携带的是点突变。鉴于已在人类中鉴定出了数千种突变,一个很明显的问题就是,如此大量的突变究竟怎么样做才能通过 CRISPR/Cas9 介导的基因组编辑技术进行纠正。

事实上,大多数 DMD 基因突变成簇集中在基因的“热点(hotspot)”区域(外显子 45 至 50,以及外显子 2 至 29)。这意味着,跳过位于“热点”内或附近的 12 个目标外显子(称为 top 12 个外显子)中的 1 个或 2 个并因此消除异常剪接位点,可以切实地在大约 60% 的 DMD 患者中产生一种功能性的抗肌萎缩蛋白。在这项研究中,该团队创造的“myoediting”就是指通过外显子跳跃纠正 DMD 基因突变。

在研究中,该研究团队筛选了能指导 Cas9 酶跳过 DMD 基因前 12 个外显子并能恢复一种具有功能性的抗肌萎缩蛋白产生的指导 RNA。其目的是开发一种能对成组突变起作用的 CRISPR/Cas9 工具,从而跳过单个外显子可以恢复大多数患者抗肌萎缩蛋白的表达。

在研究中,该团队应用优化的指导 RNA,采用 myoediting 技术在源于 DMD 患者并呈现各种各样 DMD 基因突变(包括大片段删除、点突变、序列重复突变等)心肌细胞的诱导多能干细胞(iPSC)中,恢复了抗肌萎缩蛋白的产生。

此外,利用 3DEHM 进行的检测还发现,利用一个单个的指导 RNA 来 myoediting DMD 基因突变也成功恢复了抗肌萎缩蛋白的表达和肌收缩力。令人欣慰的是,研究发现没有必要纠正心肌模型中每个心肌细胞内抗肌萎缩蛋白的产生,而只需纠正一组心肌细胞(30% 至 50%)就足以挽救突变的 EHM 表型,使其接近正常对照水平。

该研究的共同作者、UT 西南医学中心分子生物学教授 Rhonda Bassel Duby 博士表示,这是一个非常重大的进步。目前,科学家们已经提出了许多不同的治疗方法,但 myoediting 为延长患者生命并提高生命质量提供了一个真正的希望。我们不仅发现了一种实用的方法来治疗许多突变,还开发了一种破坏性较小的方法来跳过缺陷 DNA 而不是移除它们。基因组是高度结构化的,你不希望删除可能是非常重要的 DNA 片段。

根据该研究,相同的单切 CRISPR/Cas9 方法也可以切实地开发用于由单基因突变导致的其他疾病的治疗。然而,前提条件是靶标外显子被移除后,靶基因必须能够发挥功能。Olson 博士指出,抗肌萎缩蛋白就像一个减震器,移除少数几圈弹簧也是可以的。但其他蛋白质可能并不那么容易。

在 2017 年 2 月,Olson 博士已创立了初创公司 Exonics Therapeutics,该公司从 UT 西南医学中心授权获得了 CRISPR/Cas9 技术开发可用于治疗 DMD 的药物。之前,这家新公司已从 CureDuchenne Ventures 获得了 500 万美元的种子融资。

文章、图片参考来源:CRISPR Technique Could Correct Majority of Thousands of DMD Mutations