基因組編輯的突破:勝過CRISPR/Cas9

傳統基因組編輯方法導致的脫靶突變。由于DNA雙鏈斷裂修復的致突變性，即使基因突變被成功糾正，在與CRISPR/Cas9的原始靶標不同的區域發生脫靶突變的風險也會增加。

由大阪大學領導的研究人員開發了一種新的基因修飾技術，稱為NICER，可以顯著減少基因的脫靶突變DNA

基因編輯技術CRISPR/Cas9使研究人員能夠對生物體的DNA進行精確而有效的改變，以修復導致遺傳疾病的突變。然而，CRISPR/Cas9方法也可能導致意想不到的DNA突變，這可能會產生負面影響。最近，日本的研究人員開發了一種新的基因編輯技術，它與CRISPR/Cas9一樣有效，同時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)雜志上發表的一項新研究中，大阪大學(Osaka University)領導的研究人員介紹了一種名為NICER的新技術，該技術基于一種名為nickase的酶在單個DNA鏈上產生多個小切口。

傳統的CRISPR/Cas9編輯使用被稱為引導RNA的小塊遺傳密碼和一種被稱為Cas9的酶。引導RNA靶向DNA的特定部分，Cas9酶在該位置啟動雙鏈DNA結構的斷裂。這種雙鏈斷裂是啟動DNA變化的關鍵。然而，雙鏈斷裂的細胞修復可能導致意想不到的DNA突變，以及外源DNA與人類基因組的整合，這引發了對CRISPR/Cas9技術臨床應用的安全性擔憂。

為了盡量減少這些意外突變，大阪大學領導的研究小組研究了Cas9切口酶的使用，Cas9切口酶在DNA中產生單鏈斷裂或“缺口”，通常在不引起突變的情況下進行修復。在突變位點附近形成一個缺口(并且是突變等位基因所獨有的)。僅僅在靠近突變的地方引入一個缺口，就會在同源染色體之間引發同源重組，但速度非常低。然而，當兩個等位基因都有一個或兩個額外的缺口時，通過同源間同源重組的基因校正效率顯著提高。

更好的優勢和應用

“基因組中的每條染色體都有一個‘同源’副本，”該研究的主要作者Akiko Tomita說。“使用NICER技術，雜合突變——突變出現在一條染色體上，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行修復。”

在最初的實驗中，研究小組使用了TK1基因中已知雜合突變的人類淋巴母細胞。當用nickase處理這些細胞以誘導TK1區域的單次切割時，TK1活性以低速率恢復。然而，當切口酶在兩個同源染色體上的該區域誘導多個缺口時，通過激活細胞修復機制，基因校正效率提高了約17倍。

“進一步的基因組分析表明，NICER技術很少引起脫靶突變，”資深作者Shinichiro Nakada說。“我們也很高興地發現，NICER能夠恢復涉及復合雜合突變的遺傳疾病的細胞中致病基因的表達。”

由于NICER方法不涉及DNA雙鏈斷裂或使用外源DNA，因此該技術似乎是傳統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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