基因組編輯的突破:勝過(guò)CRISPR/Cas9

傳統(tǒng)基因組編輯方法導(dǎo)致的脫靶突變。由于DNA雙鏈斷裂修復(fù)的致突變性，即使基因突變被成功糾正，在與CRISPR/Cas9的原始靶標(biāo)不同的區(qū)域發(fā)生脫靶突變的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)增加。

由大阪大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新的基因修飾技術(shù)，稱為NICER，可以顯著減少基因的脫靶突變DNA

基因編輯技術(shù)CRISPR/Cas9使研究人員能夠?qū)ι矬w的DNA進(jìn)行精確而有效的改變，以修復(fù)導(dǎo)致遺傳疾病的突變。然而，CRISPR/Cas9方法也可能導(dǎo)致意想不到的DNA突變，這可能會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。最近，日本的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新的基因編輯技術(shù)，它與CRISPR/Cas9一樣有效，同時(shí)顯著減少了這些意想不到的突變。

了解更好的方法

在《自然通訊》(Nature Communications)雜志上發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，大阪大學(xué)(Osaka University)領(lǐng)導(dǎo)的研究人員介紹了一種名為NICER的新技術(shù)，該技術(shù)基于一種名為nickase的酶在單個(gè)DNA鏈上產(chǎn)生多個(gè)小切口。

傳統(tǒng)的CRISPR/Cas9編輯使用被稱為引導(dǎo)RNA的小塊遺傳密碼和一種被稱為Cas9的酶。引導(dǎo)RNA靶向DNA的特定部分，Cas9酶在該位置啟動(dòng)雙鏈DNA結(jié)構(gòu)的斷裂。這種雙鏈斷裂是啟動(dòng)DNA變化的關(guān)鍵。然而，雙鏈斷裂的細(xì)胞修復(fù)可能導(dǎo)致意想不到的DNA突變，以及外源DNA與人類基因組的整合，這引發(fā)了對(duì)CRISPR/Cas9技術(shù)臨床應(yīng)用的安全性擔(dān)憂。

為了盡量減少這些意外突變，大阪大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組研究了Cas9切口酶的使用，Cas9切口酶在DNA中產(chǎn)生單鏈斷裂或“缺口”，通常在不引起突變的情況下進(jìn)行修復(fù)。在突變位點(diǎn)附近形成一個(gè)缺口(并且是突變等位基因所獨(dú)有的)。僅僅在靠近突變的地方引入一個(gè)缺口，就會(huì)在同源染色體之間引發(fā)同源重組，但速度非常低。然而，當(dāng)兩個(gè)等位基因都有一個(gè)或兩個(gè)額外的缺口時(shí)，通過(guò)同源間同源重組的基因校正效率顯著提高。

更好的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用

“基因組中的每條染色體都有一個(gè)‘同源’副本，”該研究的主要作者Akiko Tomita說(shuō)。“使用NICER技術(shù)，雜合突變——突變出現(xiàn)在一條染色體上，而不是其同源副本上——使用未突變的同源染色體作為模板進(jìn)行修復(fù)。”

在最初的實(shí)驗(yàn)中，研究小組使用了TK1基因中已知雜合突變的人類淋巴母細(xì)胞。當(dāng)用nickase處理這些細(xì)胞以誘導(dǎo)TK1區(qū)域的單次切割時(shí)，TK1活性以低速率恢復(fù)。然而，當(dāng)切口酶在兩個(gè)同源染色體上的該區(qū)域誘導(dǎo)多個(gè)缺口時(shí)，通過(guò)激活細(xì)胞修復(fù)機(jī)制，基因校正效率提高了約17倍。

“進(jìn)一步的基因組分析表明，NICER技術(shù)很少引起脫靶突變，”資深作者Shinichiro Nakada說(shuō)。“我們也很高興地發(fā)現(xiàn)，NICER能夠恢復(fù)涉及復(fù)合雜合突變的遺傳疾病的細(xì)胞中致病基因的表達(dá)。”

由于NICER方法不涉及DNA雙鏈斷裂或使用外源DNA，因此該技術(shù)似乎是傳統(tǒng)CRISPR/Cas9方法的安全替代方案。NICER可能代表了一種治療由雜合突變引起的遺傳疾病的新方法。

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