著名华人院士CRISPR改写致病突变

　　

生物通报道：CRISPR/ Cas9已经作为基因组编辑工具被用于各种各样的研究，比如将HIV从人类基因组切下，以及在灵长类动物中关闭基因的表达。现在，科学家们又通过CRISPR/Cas9在人类细胞系中，改写了一个引起β-地中海贫血（β-thalassemia）的突变基因，这一成果于八月五日发表在Genome Research杂志上。

“这是通过基因组编辑校正致病突变的重要一步，”哈佛医学院和波士顿儿童医院的Paul Schmidt评论道（未参与这项研究）。不过他补充道，将这一技术真正用于临床还需要克服不少问题。

β-地中海贫血是由HBB基因突变引起的，会造成严重的血红蛋白缺乏。据估计，全世界每十万人中有一人受到这种疾病的影响。β-地中海贫血患者需要接受输血，但频繁输血会导致铁过载，这种并发症也需要进行治疗。一些研究者正在开发相应的基因疗法，但目前还没有能够治愈β-地中海贫血的办法。

加州大学旧金山分校的简悦威（Yuet Wai Kan）教授及其同事，尝试用CRISPR改写这种疾病的突变基因。他们先将β-地中海贫血患者的皮肤细胞（成纤维细胞）诱导成为iPSC。然后利用CRISPR/Cas9技术，将校正DNA序列引到HBB的突变位点，切割双链DNA。这时，细胞自身会通过同源重组用正确的核苷酸序列修正DNA。

简悦威教授早年毕业于香港大学，在香港中文大学获得博士学位后就前往美国哈佛大学担任助理教授，之后来到旧金山加州大学，成为了加州大学医学院教授以及霍华德休斯医学院实验组组长。他所获得的荣誉有很多，除了美国国家科学院院士和英国皇家科学院院士之外，他也是中国科学院外籍院士（中科院第一位外籍院士），2004年还由于其在DNA多态性的发现应用方面的贡献获得，被誉为东方诺贝尔奖的邵逸夫医学奖（The Shaw Prize）。

在这项研究中，研究人员将CRISPR/Cas9与转座子piggyBac结合了起来。“同源重组发生之后，我们可以用转座酶去除piggyBac转座子，”简悦威教授说。

佐治亚理工学院的T.J. Cradick认为，这项研究最令人兴奋之处在于，CRISPR技术与piggyBac系统的结合可以在iPSC中实现无痕基因校正。（延伸阅读：三篇Cell子刊证实基因编辑的安全性）

研究显示，校正HBB突变之后的iPSC没有检测到脱靶效应，细胞保持着完全的多能性，核型也很正常。随后，研究人员将这些iPSC分化为成红血细胞（红细胞前体），结果细胞的HBB表达得以恢复。不过，要将基因组编辑真正用于临床治疗β-地中海贫血，还需要进行大量的工作。

 

生物通编辑：叶予

生物通推荐原文：

Seamless gene correction of β-thalassemia mutations in patient-specific iPSCs using CRISPR/Cas9 and piggyBac

β-thalassemia, one of the most common genetic diseases worldwide, is caused by mutations in the human hemoglobin beta (HBB) gene. Creation of human induced pluripotent stem cells (iPSCs) from β-thalassemia patients could offer an approach to cure this disease. Correction of the disease-causing mutations in iPSCs could restore normal function and provide a rich source of cells for transplantation. In this study, we used the latest gene-editing tool, CRISPR/Cas9 technology, combined with the piggyBac transposon to efficiently correct the HBB mutations in patient-derived iPSCs without leaving any residual footprint. No off-target effects were detected in the corrected iPSCs, and the cells retain full pluripotency and exhibit normal karyotypes. When differentiated into erythroblasts using a monolayer culture, gene-corrected iPSCs restored expression of HBB compared to the parental iPSCs line. Our study provides an effective approach to correct HBB mutations without leaving any genetic footprint in patient-derived iPSCs, thereby demonstrating a critical step toward the future application of stem cell-based gene therapy to monogenic diseases.