基因編輯的新轉(zhuǎn)折使得CRISPR / Cas9分子剪刀成為基因教學(xué)書的熒光筆。這種突出顯示有助于打開特定基因。

研究小組12月7日在Cell報道，使用這種新工具，研究人員治療了1型糖尿病，腎損傷和杜氏肌營養(yǎng)不良癥的小鼠版本。科學(xué)家說，這種新方法可能使某些類型的基因治療更容易，對于希望控制動物基因活動的研究人員來說可能是一個福音。

CRISPR / Cas9是一種由兩部分組成的分子剪刀。簡短的指導(dǎo)RNA將DNA切割酶Cas9引導(dǎo)到科學(xué)家想要切片的遺傳指令中的特定位置。剪斷DNA是制造或修復(fù)突變的第一步。但研究人員很快意識到編輯系統(tǒng)可能更加通用。

自CRISPR / Cas9首次投入使用以來的大約五年時間里，研究人員修改了該工具，對DNA進行了各種更改。其中許多修改涉及破壞Cas9剪刀，因此它們不能再切割DNA。將其他分子束縛在這個“死亡的Cas9”上可以讓科學(xué)家改變基因或改變基因的活動。

基因激活CRISPR / Cas9(稱為CRISPRa)可用于打開休眠基因以治療多種疾病。例如，醫(yī)生可能能夠打開基因的替代拷貝來補償缺失的蛋白質(zhì)，或者重新激活隨著年齡增長而變得遲鈍的基因。杜克大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程師查爾斯·格斯巴赫(Charles Gersbach)表示，到目前為止，研究人員大多在實驗室培養(yǎng)皿中培養(yǎng)出具有CRISPRa基因的基因。

Gersbach說，能夠精確地打開動物體內(nèi)的基因并影響動物的健康是一個“巨大的進步”。之前很難做到，因為CRISPR激活劑太大而無法適應(yīng)將病毒傳遞到體細(xì)胞所需的病毒。

在這項新研究中，位于加利福尼亞州拉霍亞的索爾克生物研究所的Juan Carlos Izpisua Belmonte及其同事縮減了這一工具。這一次，研究人員“殺死”并修飾了指導(dǎo)RNA而不是DNA切割酶。該團隊使用短指導(dǎo)RNA，僅長14或15個單位，而不是通常的20到22個。

短皮帶仍然可以使Cas9進入DNA中的特定位點，但是一旦存在，該酶 - 盡管仍然能夠切割 - 不會破壞DNA。另一片RNA貼在“死亡”指南上，吸引了有助于打開基因的蛋白質(zhì)。死亡引導(dǎo)激活劑的碎片小到足以適應(yīng)基因治療病毒。

在一項實驗中，研究小組希望恢復(fù)1型糖尿病患者制造胰島素的能力，胰島素是一種控制血糖的激素。在1型糖尿病中，免疫系統(tǒng)會破壞通常產(chǎn)生胰島素的器官胰腺。由于胰腺細(xì)胞消失，研究人員需要一種新型細(xì)胞來接管胰腺的工作。

所以Belmonte的小組感染糖尿病小鼠的病毒攜帶死亡引導(dǎo)激活劑。研究人員利用死亡導(dǎo)向RNA打開小鼠肝臟中的Pdx基因，導(dǎo)致肝細(xì)胞產(chǎn)生胰島素，逆轉(zhuǎn)小鼠的糖尿病?；旧细渭?xì)胞轉(zhuǎn)化為胰腺重要作用的肝細(xì)胞。

“幾十年來，實驗室一直試圖這樣做，”賓夕法尼亞大學(xué)佩雷??爾曼醫(yī)學(xué)院的醫(yī)學(xué)科學(xué)家Kirk Wangensteen說。這些實驗將幫助科學(xué)家了解哪些因素決定細(xì)胞的身份。

但要在人體中進行基因治療，科學(xué)家們需要解決另一個問題。在糖尿病實驗中，他們可以使用已經(jīng)設(shè)計制造自己的Cas9的老鼠。但人們并不自然地制造Cas9，而整個死亡引導(dǎo)激活劑和Cas9系統(tǒng)都不適合單一病毒。所以Belmonte的團隊想知道是否可以同時使用兩種病毒將所有碎片傳遞給靶細(xì)胞。

Salk的研究人員測試了他們的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)患有肌肉萎縮的疾病，模仿Duchenne肌營養(yǎng)不良癥。Duchenne肌營養(yǎng)不良癥是由一種叫做肌營養(yǎng)不良蛋白的巨大基因突變引起的。沒有辦法將肌營養(yǎng)不良蛋白基因塞進病毒進行傳統(tǒng)的替代基因治療，但研究人員發(fā)現(xiàn)，開啟其他基因可以補償和增加肌肉。因此，在雙重病毒實驗中，科學(xué)家們開啟了一種叫做卵泡抑素的肌肉生成基因。

這次，用于打開卵泡抑素基因的死亡指導(dǎo)激活劑被包裝在一種病毒中，Cas9包裝在另一種病毒中。兩種病毒都用于感染患有肌營養(yǎng)不良癥的小鼠后腿的肌肉細(xì)胞。經(jīng)過處理的小鼠后腿的肌肉質(zhì)量比未經(jīng)治療的小鼠更多。

麻省理工學(xué)院的癌癥生物學(xué)家邁克爾赫曼說，這些實驗中基因活動的水平比科學(xué)家們先前獲得的要高得多?？赡苄枰咚降幕钚圆拍墚a(chǎn)生足夠的蛋白質(zhì)來糾正疾病。

Hemann和其他人說新的激活劑系統(tǒng)對研究有用，但在治療可以用于人體之前仍然存在一些挑戰(zhàn)。他說，研究人員總是面臨將治療推向體內(nèi)正確位置的挑戰(zhàn)。還必須證明該技術(shù)的安全性和有效性。