2篇论文利用基因组编辑治疗遗传疾病

【字体: 时间:2014年12月17日 来源:生物通

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  最近,分别在Cell Research和PLOS ONE发表的两项研究,展示了用基因组编辑技术,编辑精原干细胞的基因组,这些结果不论对于基础研究还是基因治疗,都具有强大的应用潜力。

  

生物通报道:最近,来自于美国印第安纳大学(IU)、斯坦福大学和德克萨斯大学的科学家们,展示了用基因组编辑技术,“编辑”产精成人干细胞的基因组,这个结果不论对于基础研究还是基因治疗,都具有强大的应用潜力。

研究人员已经完成了“概念验证”实验,在实验中他们使小鼠细胞中一个突变基因的DNA双链断裂,然后通过一个称为同源重组(homologous recombination)的过程修复了DNA,以正确的片段取代有缺陷的片段。

该研究涉及精原干细胞,它们是精子生产的基础,是向下一代传递遗传信息的唯一成人干细胞。修复细胞中的缺陷,从而可以防止突变被传递给后代。

本研究共同作者、IU Bloomington 化学系副研究员Christina Dann称:“我们展示了一种将遗传物质引入精原干细胞的方法,较之以前演示的方法,这种方法已经有了明显的改进。这项技术可以纠正突变,理论上不会在基因组中留下其他标记。”

相关研究结果以“Genome Editing in Mouse Spermatogonial Stem/Progenitor Cells Using Engineered Nucleases”为题发表在最近的《PLOS ONE》杂志。

本文第一作者Danielle Fanslow,当他还是IU研究助理的时候开展了这项研究,现在他是美国西北大学的博士研究生。其他作者来自于斯坦福大学医学院和德克萨斯大学西南医学中心。

本研究的一个挑战在于,精原干细胞就像许多类型的成体干细胞一样,是非常难以分离、培养和研究的。在十年前维护和繁殖细胞的条件创建之前,许多实验室花费了多年的努力来应对这一挑战。

对于IU这项研究来说,一个主要的障碍是,找到一种方法来对突变小鼠基因做一个特定的、有针对性的修改,而没有随机引入遗传物质所致的疾病风险。研究人员使用专门设计的酶,称为锌指核酸酶和转录激活因子样效应物核酸酶(Transcription activator-like effector nucleases, TALENs),打断DNA双链,并引起基因的修复。

然后,已在实验室经过修改的干细胞,被移植到不育小鼠的睾丸中。移植的细胞生长或定植在小鼠睾丸内,从而表明干细胞是有生活力的。然而,培育小鼠的尝试并未成功。研究人员写道:“无法产生精子,是否是由移植细胞或受者睾丸的畸形所引起的,尚不清楚。”

本月在《Cell Research》发表的另一项研究中,中国几家研究机构的科学家们,利用一种不同的技术,编辑小鼠精原干细胞中一个有缺陷的基因。在这项研究中,将携带更正基因的细胞移植到小鼠之后,小鼠能够成功繁殖。

这些研究进展,可让我们更好地了解干细胞和基因治疗进展。编辑基因组的能力,可以促进我们对基因功能和精细胞分裂分化过程的分析。此外,该技术还可以用来检测生殖失败相关基因突变的功能重要性。

作为一项医学进步,这些研究表明,纠正基因突变的技术,比以前的方法更为有效。而事实上,它们对精原干细胞起作用这一点特别重要。虽然基因治疗可有效地治疗某些疾病,但是患者担心他们会把遗传性疾病传递给后代。在未来的某时,我们可以通过修改患者的精原干细胞,来解决这一风险。

(生物通:王英)

延伸阅读:将CRISPR-Cas系统用于抗菌“基因疗法”

生物通推荐原文:
Fanslow DA, Wirt SE, Barker JC, Connelly JP, Porteus MH, et al. (2014) Genome Editing in Mouse Spermatogonial Stem/Progenitor Cells Using Engineered Nucleases. PLoS ONE 9(11): e112652. doi:10.1371/journal.pone.0112652

Yuxuan Wu, Hai Zhou, Xiaoying Fan4, Ying Zhang, Man Zhang, Yinghua Wang et al. Correction of a genetic disease by CRISPR-Cas9-mediated gene editing in mouse spermatogonial stem cells. Cell Research advance online publication 5 December 2014; doi: 10.1038/cr.2014.160

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