麻省理工再发CRISPR重要突破:无需病毒传递,就能删除致病基因

【字体: 时间:2017年11月15日 来源:生物通

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  麻省理工学院的研究人员研发出了一种CRISPR基因组编辑工具的新传递系统,能特异性修饰小鼠基因。这一系统利用纳米颗粒携带CRISPR组件,无需使用传统的病毒传递,研究人员利用这一系统,成功的在约80%的肝细胞中切除了基因,这是CRISPR在成年动物中取得的最佳成功率。

  

生物通报道:麻省理工学院的研究人员研发出了一种CRISPR基因组编辑工具的新传递系统,能特异性修饰小鼠基因。这一系统利用纳米颗粒携带CRISPR组件,无需使用传统的病毒传递,研究人员利用这一系统,成功的在约80%的肝细胞中切除了基因,这是CRISPR在成年动物中取得的最佳成功率。

这一研究成果公布在11月13日的Nature Biotechnology杂志上,由麻省理工学院的化学工程系Daniel Anderson副教授,Robert Langer教授,以及麻省大学医学院的Wen Xue教授等人合作完成。第一作者为Koch研究院的尹浩(Hao Yin,音译)。

Anderson表示:“这项研究真正令人兴奋的是,我们证明了可以通过制造纳米颗粒,永久的特异编辑成年动物肝脏中的DNA。

这项研究中靶向的基因之一,是调节胆固醇水平的Pcsk9。这一基因在人体中出现的突变与一种称为显性家族性高胆固醇血症的罕见疾病有关,最近FDA批准了两种抑制Pcsk9的抗体药物,但是这些抗体需要患者在余下的一生中都定期服用,非常麻烦。而据麻省理工学院的这一研究小组说,这种新型纳米颗粒可以在一次治疗后永久性地编辑基因,而且这一技术也可以治疗其它肝脏疾病。

靶向疾病

在过去的几年中,细菌CRISPR系统已经成为一种卓越的基因组编辑工具。CRISPR-Cas9基因组编辑工具已被成功地应用于许多生物,包括小鼠和人类细胞。因此许多科学家都在试图开发安全有效的CRISPR组分传递方法,在大多数情况下,研究人员是依靠病毒来携带Cas9基因以及RNA引导链。2014年,Anderson,Yin等人在成年动物中首次利用CRISPR治疗因单一遗传突变导致的一种罕见肝病。同时他们也开发了非病毒传递系统:高压注射的技术,即利用高性能的注射器快速将物质释放到静脉中(Nature子刊发布CRISPR研究新突破)。这种方法将遗传物质成功地传送到了肝细胞,但是由于输送需要高压注射,因此会对肝脏造成一定的损伤。

之后,研究人员又提出可以通过将编码Cas9的信使RNA(mRNA)包装成纳米颗粒而不是病毒来传递组分。但利用这种方法,还是需要通过病毒传送导向RNA,Anderson说,虽然这种技术有希望,但在某些情况下,最好还是建立一个完全非病毒的传递系统。这是因为一旦使用了特定的病毒,病人就会产生抗体,之后就不能再使用。此外,一些患者对CRISPR递送载体进行检测的时候发现存在已有的抗体。

在最新这篇文章中,研究人员就提出了一个使用纳米颗粒来同时传送Cas9和RNA引导链的系统,这个系统不需要病毒。研究人员为了传送导向RNA,首先必须对RNA进行化学修饰,保护其不受体内酶的影响(一般情况下,这些RNA达到目的地之前就会被分解)。

研究人员分析了由Cas9和导向RNA(或sgRNA)组成的复合物结构,确定了导向RNA中的哪些部分可以进行化学修饰,而不干扰两个分子的结合。基于这种分析,他们构建并测试了多种可能的修改组合。

Yin说:“我们以Cas9和sgRNA复合物的结构作为指导,进行了检测,发现导向RNA上多达70%的部位可以进行修饰。因此我们大量修改了RNA,这不会影响sgRNA和Cas9的结合,而且这种修饰确实增强了其活性。”

重编程肝脏
 
研究人员将这些修改后的导向RNA(他们称之为增强型sgRNA)打包到脂质纳米颗粒中,这些纳米颗粒之前被用于传递其他类型的RNA给肝脏,然后再将它们与包含编码Cas9的mRNA的纳米颗粒一起注射到小鼠中。

实验主要集中在调节胆固醇的Pcsk9基因上,结果表明,研究人员能够在超过80%的肝细胞中删除这种基因,并且在这些小鼠中没有检测到Pcsk9蛋白。而且他们发现这些经治疗的小鼠中总胆固醇水平下降了35%。

研究人员目前正在分析是否可以将这种方法用于其它肝脏疾病。

Anderson说:“我认为,构建一个能够特异性地关闭基因的完全合成的纳米颗粒,不仅可以成为针对Pcsk9的强大工具,也可以用于治疗其他疾病。肝脏是一个非常重要的器官,也是很多人疾病的来源,如果能重新编程肝脏DNA,那么许多疾病可以解决了。”

(生物通:张迪)

原文标题:

Structure-guided chemical modification of guide RNA enables potent non-viral in vivo genome editing

 

 

 

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