初步编辑显示治疗囊性纤维化的早期希望

病人衍生小肠子的肿胀反应。器官塌陷(左)显示CFTR离子通道介导的活跃肿胀反应,用forskolin孵卵一小时后(右)。绿色染色显示完整的细胞(钙黄绿素绿色),DNA显示蓝色。
病人衍生小肠子的肿胀反应。器官塌陷(左)显示CFTR离子通道介导的活跃肿胀反应,用forskolin孵卵一小时后(右)。绿色染色显示完整的细胞(钙黄绿素绿色),DNA显示蓝色。(资料来源:UMC乌特勒支的艾林·德普尔)

荷兰Hubrecht研究所(Hubrecht Institute)的研究显示,一种被称为“启动编辑”(prime editing)的实验性基因编辑可以在实验室中纠正导致人类细胞系和类器官囊性纤维化的突变。

虽然这项研究还处于非常早期的阶段,但它表明,这种基因编辑技术在未来有可能用于为囊性纤维化和其他类似遗传疾病的患者创造治疗方法。

研究人员说:“我们第一次证明了这项技术确实有效,可以安全地应用于人类干细胞来纠正囊性纤维化。”

近年来,基因编辑因其在基因疾病治疗方面的潜力而成为新闻头条。该方法包括将一种Cas9酶融合到逆转录酶中,并将其与一种prime - editing guide RNA相结合,这种RNA可以识别被定位的位点,并提供信息,用功能序列替换有缺陷的DNA。

囊性纤维化是最普遍的遗传疾病之一,影响着美国约3万名年轻人,每年约有1000个新病例被诊断出来。症状是由CFTR蛋白缺陷引起的,该蛋白使汗水和黏液比正常情况下更厚,影响肺部和胃肠道系统。尽管缓解治疗方法有所改进,但囊性纤维化还没有治愈方法,而且患有这种疾病的人寿命明显缩短,通常活不过44岁左右。

基因疗法以前曾用于治疗囊性纤维化,但效果有限。CRISPR-Cas9已经之前被使用在实验室中纠正细胞系和类器官中的CFTR基因突变,但该技术有已知的局限性,如对DNA的其他区域有意外损伤的风险。

启动编辑本质上是下一代CRISPR基因编辑,而且更精确。在这项发表在杂志上的研究中生命科学联盟在实验室中,研究人员使用nickase-cas9融合到逆转录酶中修复结肠和肝细胞类器官中常见的囊性纤维化突变。

该团队通过添加一种名为forskolin的物质来测试编辑是否正确地修复了基因缺陷,这种物质会导致健康的CFTR通道肿胀。“我们对突变进行了启动编辑,之后经过处理的类器官表现出了与健康类器官相同的反应:它们开始肿胀。这为我们提供了证据,证明我们的技术是有效的,并取代了突变的DNA,”Hubrecht研究所的研究员、该论文的第一作者马尔滕·古尔茨(Maarten Geurts)说。

虽然编辑效率有所不同,但在使用的细胞和类器官中没有观察到脱靶效应。“在我们的研究中,prime editing被证明是一种比传统CRISPR/Cas9更安全的技术。它可以在不损害DNA其他部分的情况下构建新的DNA片段。这使得这项技术有望在患者身上应用,”Hubrecht研究所的研究员、该论文的第一作者Maarten Geurts说。

这项技术在应用于人类之前还需要进一步完善,但它无疑显示了未来的前景。“启动编辑是一种多功能工具,可用于疾病建模和人类成人干细胞中大多数类型的致病突变的临床修复。然而,它还需要进一步的改进,以允许广泛使用作为突变建模和基因修复的技术,”作者总结道。

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