一种新的基因编辑工具可以帮助细胞跳过导致疾病的部分基因

时间：2024年12月25日

来源：AAAS

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伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员报告称，一种新的基因编辑工具可以帮助细胞机器跳过导致疾病的部分基因，该工具已被用于减少阿尔茨海默病小鼠模型中淀粉样蛋白-斑块前体的形成。

研究人员说，在活小鼠身上的应用表明，这种名为SPLICER的工具比目前的基因编辑技术标准效率更高，而且在其他疾病上也有应用的潜力。在加州大学生物工程教授Pablo Perez-Pinera的带领下，研究人员在《自然通讯》杂志上发表了他们的发现。

SPLICER使用了一种被称为外显子跳跃的基因编辑方法，这种方法对由产生错误折叠或有毒蛋白质的突变引起的健康状况特别感兴趣，例如杜氏肌营养不良症或亨廷顿氏病。

“DNA包含了构建细胞功能的所有指令。所以它就像一本食谱，里面有非常详细的烹饪说明。但有很大一部分DNA不编码任何东西。这就像，你开始做火鸡晚餐的食谱，然后你看到一个纸条上写着，‘第10页继续，在第10页之后，它在第25页继续。中间的几页都是胡言乱语。’”

“但是在食谱页上——在遗传学上，一个外显子——有一个错别字，使火鸡不能吃，甚至有毒。如果我们不能直接纠正错别字，我们可以在它之前修改一下注释，把你送到下一页，跳过有错误的那一页，这样在最后你就可以做一只可食用的火鸡了。虽然你可能错过了跳过那一页的肉汁，但你仍然可以吃晚餐。同样地，如果我们能够跳过带有有毒突变的基因片段，那么产生的蛋白质仍然可以有足够的功能来发挥其关键作用。”

SPLICER建立在流行的CRISPR-Cas9基因编辑平台上-具有关键的变化。CRISPR-Cas9系统需要一个特定的DNA序列来锁定，限制了哪些基因可以被编辑。SPLICER使用不需要该序列的较新的Cas9酶，为伊利诺伊州研究小组关注的阿尔茨海默病相关基因等新目标打开了大门。

该论文的第一作者之一、研究生Angelo Miskalis说：“我们在工作中要解决的另一个问题是被跳过的内容的准确性。使用目前的外显子跳跃技术，有时并不是所有的外显子都被跳过，所以仍然有一部分序列我们不想表达。在烹饪书的类比中，这就像试图跳过一页，但是新的一页从一个句子的中间开始，现在这个食谱没有意义。我们希望防止这种情况发生。”

外显子周围有两个关键的序列区域，它们告诉细胞机制基因的哪一部分用于制造蛋白质：一个在开始，一个在结束。虽然大多数外显子跳过工具只针对一个序列，SPLICER编辑开始和结束序列。结果，目标外显子被更有效地跳过，Miskalis说。

研究小组选择了一个阿尔茨海默氏症基因作为SPLICER治疗能力的第一个演示，因为虽然目标基因已经被充分研究，但有效的外显子跳变在生物体中仍然是难以实现的。研究人员瞄准了一个特定的外显子，该外显子编码蛋白质中的一个氨基酸序列，该蛋白质被切割成淀粉样蛋白- β，随着疾病的发展，淀粉样蛋白在大脑神经元上积累形成斑块。

在培养的神经元中，SPLICER有效地减少了β淀粉样蛋白的形成。当分析小鼠大脑的DNA和RNA输出时，研究人员发现splicer治疗小鼠的目标外显子减少了25%，没有证据表明脱靶效应。

该研究的第一作者之一、研究生Shraddha Shirguppe说：“当我们最初试图用旧的技术瞄准这个外显子时，它没有成功。将新碱基编辑器与双剪接编辑器相结合，比我们以前使用任何可用方法都能以更好的速度跳过外显子。我们能够证明，它不仅可以更好地跳过整个外显子，还可以减少这些细胞中产生斑块的蛋白质。”

“外显子跳跃只有在产生的蛋白质仍然具有功能的情况下才有效，所以它不能治疗所有具有遗传基础的疾病。这是该方法的总体局限性，”Perez-Pinera说。“但对于阿尔茨海默氏症、帕金森氏症、亨廷顿氏症或杜氏肌萎缩症等疾病，这种方法有很大的潜力。下一步是研究在这些疾病中去除目标外显子的安全性，并确保我们不会创造出有毒或缺少关键功能的新蛋白质。我们还需要做更长期的动物研究，看看这种疾病是否会随着时间的推移而恶化。”

本工作由美国国立卫生研究院资助项目1U01NS122102、1R01NS123556、1R01GM141296、1R01GM127497、T32EB019944和1R01GM131272资助。