在一項針對細胞的新研究中，伊利諾伊大學的研究人員采用了CRISPR基因編輯技術，使細胞的內部機制在將其轉錄到蛋白質構建模板中時跳過一小部分基因。這為研究人員提供了一種方法，不僅可以消除突變的基因序列，還可以影響基因的表達和調控方式。

這種有針對性的編輯有朝一日可用于治療由基因組突變引起的遺傳性疾病，如杜興氏肌營養(yǎng)不良癥，亨廷頓氏病或某些癌癥。

CRISPR技術通常通過在靶基因開始時破壞DNA來關閉基因，當DNA結合在一起時誘導突變。這種方法可能引起問題，例如DNA在預期靶標以外的位置破裂，并且破碎的DNA重新附著到不同的染色體上。

在Genome Biology期刊中描述的新的CRISPR-SKIP技術不會破壞DNA鏈，而是改變靶DNA序列中的單個點。

“鑒于傳統(tǒng)基因編輯存在破壞DNA的問題，我們必須找到優(yōu)化工具來完成基因修飾的方法。這是一個很好的方法，因為我們可以在不打破基因組DNA的情況下調控基因，”伊利諾伊州生物工程學教授Pablo Perez說道。 Pinera是伊利諾伊州物理學教授Jun Song領導的研究。兩者均隸屬于美國大學的Carl R. Woese基因組生物學研究所。

在哺乳動物細胞中，基因被分解成稱為外顯子的區(qū)段，這些區(qū)域散布著似乎沒有任何代碼的DNA區(qū)域。當細胞的機器將基因轉錄成RNA以翻譯成蛋白質時，DNA序列中有信號表明哪些部分是外顯子，哪些部分不是基因的一部分。細胞將編碼部分轉錄的RNA拼接在一起，得到一個用于制造蛋白質的連續(xù)RNA模板。

CRISPR-SKIP在外顯子開始之前改變單個堿基，導致細胞將其作為非編碼部分讀取。

“當細胞將外顯子視為非編碼DNA時，該外顯子不包含在成熟RNA中，有效地從蛋白質中去除相應的氨基酸，”生物工程研究生，該論文的第一作者Michael Gapinske說。

雖然跳過外顯子導致缺少少量氨基酸的蛋白質，但所產生的截短蛋白質通常保留部分或完全活性 - 這可能足以恢復某些遺傳性疾病的功能，Perez-Pinera說，他也是Carle的教授。伊利諾伊醫(yī)學院。

研究人員表示，還有其他方法可以跳過外顯子或消除氨基酸，但由于它們不能永久改變DNA，因此它們只能提供臨時益處，需要在患者的整個生命周期內重復給藥。

“通過使用CRISPR-SKIP編輯基因組DNA中的單個堿基，我們可以永久消除外顯子，從而通過一次治療實現(xiàn)疾病的持久校正，”物理研究生兼共同首先的Alan Luu說。該研究的作者。“如果我們需要重新開啟一個外顯子，這個過程也是可逆的。”

研究人員在小鼠和人類的多種細胞系中測試了該技術，包括健康和癌癥。

“我們在三種不同的哺乳動物細胞系中對其進行了測試，以證明它可以應用于不同類型的細胞。我們還在癌細胞系中證明了這一點，因為我們希望證明我們可以靶向致癌基因，”Song說。“我們還沒有在體內使用它;這將是下一步。”

他們對來自處理細胞的DNA和RNA進行了測序，發(fā)現(xiàn)CRISPR-SKIP系統(tǒng)可以靶向特定堿基并高效跳過外顯子，并且還證明了不同靶向的CRISPR-SKIPs可以組合在一個基因中跳過多個外顯子。研究人員希望測試其在活體動物中的效率 - 這是評估其治療潛力的第一步。

“例如，在Duchenne的肌營養(yǎng)不良癥中，僅僅糾正5%至10%的細胞就足以獲得治療效果。使用CRISPR-SKIP，我們發(fā)現(xiàn)許多細胞系的修飾率超過20%至30%。已經研究過，“佩雷斯 - 皮內拉說。

該小組建立了一個網絡工具，允許其他研究人員搜索外顯子是否可以用CRISPR-SKIP技術靶向，同時最小化它與基因組中相似位點結合的機會。

由于研究人員在非目標位點發(fā)現(xiàn)了一些突變，他們正致力于使CRISPR-SKIP更加高效和特異。

“生物學是復雜的。人類基因組有超過30億個堿基。因此，在類似于預期區(qū)域的位置著陸的可能性是不可忽視的，并且需要用任何基因編輯技術來識別，”宋說。“我們花費大量時間進行廣泛測序以尋找脫靶突變的原因是它可能成為醫(yī)學應用的主要障礙。我們希望未來對基因編輯技術的改進將提高CRISPR-SKIP的特異性，以便我們開始解決一些阻礙基因治療在臨床上廣泛應用的問題。“