來源生物探索

這是CRISPR領域的又一項突破性進展！最新發表在Cell雜誌上的一篇論文描述了一種“無需切割DNA雙鏈，通過激活基因表達”來實現基因組編輯的新CRISPR技ji術shu。更geng令ling人ren振zhen奮fen的de是shi，研yan究jiu證zheng實shi，這zhe一yi新xin技ji術shu能neng夠gou在zai小xiao鼠shu中zhong被bei用yong於yu治zhi療liao多duo種zhong不bu同tong的de疾ji病bing，有you望wang繞rao過guo現xian有you基ji因yin編bian輯ji技ji術shu治zhi療liao人ren類lei疾ji病bing的de主zhu要yao障zhang礙ai。

Credit: © vchalup / Fotolia

目前，科學家們對基因編輯技術，尤其是CRISPR-Cas9技術的大部分“熱情”是集中在開發它們用於“插入或刪除基因以及修複致病突變”。但CRISPR-Cas9技術（通常通過切斷DNA雙鏈發揮作用）存在的一個主要問題是
，在某些時候
，會留下新的突變，帶來不確定的副作用。

12月7日
，在線發表於Cell上的這項研究中，來自Salk生物學研究所的科學家們報道了一種“修改版”的CRISPR-Cas9技術——它的功能是改變疾病相關基因（disease-associated genes）的活性
，而不是改變基因的序列。

Juan Carlos Izpisua Belmonte教授（圖片來源：以下視頻）

論文的通訊作者Juan Carlos Izpisua Belmonte教授說：“切割DNA會帶來引入新突變的機會，可能會出現有害的錯誤——這是遺傳學領域的一個重要瓶頸。”

為了避免引發這種有害的錯誤

，Belmonte教授的實驗室開發出了無需切割DNA的新CRISPR-Cas9係統。這一成果首次提供了證據證明，利用“表觀遺傳編輯技術”（epigenetic editing technology）能夠改變動物的表型，並保持DNA完整性。 

1病不切割DNA的CRISPR技術

推薦大家看一下這個有（dou）趣（bi）的視頻。

具體來說，為了實現“表觀遺傳編輯”，科學家們使用了2個腺相關病毒（adeno-associated viruses，AAVs）作為載體。在其中一個AAV中，研究人員插入了表達Cas9酶的基因
；同時，他們利用另一個AAV引入了短sgRNA（single guide RNA
，指定了Cas9結合在小鼠基因組中的精確位置）以及一個轉錄激活劑（transcriptional activator）。

與先前大多數CRISPR-Cas9技術使用的由20個核苷酸組成的sgRNA相比，這一新技術中使用的“短sgRNA”隻有14或15個核苷酸。研究人員表示
，正是這一改變阻止了Cas9切割DNA。他們使用這種修改版的sgRNA來讓轉錄激活劑與Cas9酶一起工作。

利用傳統的CRISPR-Cas9技術時，研究人員首先需要構建一個sgRNA。sgRNA中包含一段與目標DNA匹配的序列，被附著在Cas9酶上。將Cas9-sgRNA複合物引入到目標細胞後，sgRNA會找到與其匹配的DNA序列
，然後，Cas9酶結合目標DNA序列
，切斷雙鏈。（圖片來源：網絡）

2治療多種不同疾病

論文的共同第一作者Fumiyuki Hatanaka解釋道：“我們希望在不切割DNA的前提下改變細胞的命運，並產生治療效果。”

而在這一研究中，新CRISPR技術在多種疾病小鼠模型中實現了“疾病逆轉”。具體來說，1）在急性腎髒疾病小鼠模型中，該技術激活了先前受損或沉默的基因
，恢複了正常的腎功能
；2）同時
，借助該技術還能夠誘導一些肝細胞分化成胰腺β樣細胞（pancreatic beta-like cells，作用是產生胰島素），部分挽救了1型糖尿病小鼠模型；3）此外，該技術還恢複了肌肉萎縮症小鼠模型的肌肉生長和功能。值得一提的是，研究人員並沒有試圖糾正與這一疾病相關的突變基因，而是增加了在相同通路中基因的表達。

圖片來源：以上視頻

Belmonte教授強調：“我們並沒有修複基因，突變依然存在。相反，我們是在表觀基因組（epigenome）上做工作。我們的技術使相同通路中的其他基因表達得以恢複
，這足以恢複這些突變小鼠的肌肉功能。”

對於這些成果，Hatanaka表示：“當我們看到這些小鼠中的結果時
，我們是非常興奮的。這表明，我們不僅借助該技術誘導了基因激活
，同時，還引發了小鼠的生理學變化。”

3未來潛在治療前景

這些初步的數據表明，新CRISPR技術是安全的，不會產生不想要的基因突變。不過
，科學家們表示
，在將這一技術帶向臨床前
，他們將做更多的研究
，以確保它的安全性

、實用性和有效性。

Belmonte教授認為，這項技術有望成為治療神經係統疾病（如阿爾茨海默症、帕金森病）的一種方法。就像該技術在小鼠模型中恢複了腎髒、肌肉和胰島素生產功能一樣
，他(ta)看(kan)到(dao)了(le)一(yi)個(ge)讓(rang)神(shen)經(jing)元(yuan)重(zhong)新(xin)煥(huan)發(fa)活(huo)力(li)的(de)未(wei)來(lai)，甚(shen)至(zhi)
，有(you)一(yi)天(tian)可(ke)能(neng)也(ye)會(hui)在(zai)人(ren)類(lei)患(huan)者(zhe)中(zhong)實(shi)現(xian)這(zhe)一(yi)願(yuan)望(wang)。同(tong)時(shi)，這(zhe)一(yi)技(ji)術(shu)還(hai)有(you)望(wang)用(yong)於(yu)逆(ni)轉(zhuan)衰(shuai)老(lao)及(ji)相(xiang)關(guan)疾(ji)病(bing)，如(ru)聽(ting)力(li)損(sun)失(shi)、黃斑變性。

參考資料：1）CRISPR-Cas9 technique targeting epigenetics reverses disease in mice

2）Salk scientists modify CRISPR to epigenetically treat diabetes, kidney disease, muscular dystrophy

3）In Vivo Target Gene Activation via CRISPR/Cas9-Mediated Trans-epigenetic Modulation

更多基因服務關注漢基基因公眾號👇