Cell:利用CRISPR来对付罕见遗传病的元凶

【字体: 时间:2017年08月14日 来源:生物通

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  一个国际研究团队近日在《Cell》上发表文章,称利用CRISPR-Cas9技术可以查看和消除由微卫星DNA重复扩增(MRE)产生的病原体RNA,而这种重复扩增正是一些遗传疾病的元凶,如亨廷顿舞蹈症和肌萎缩性侧索硬化(ALS)。

  

生物通报道  一个国际研究团队近日在《Cell》上发表文章,称利用CRISPR-Cas9技术可以查看和消除由微卫星DNA重复扩增(MRE)产生的病原体RNA,而这种重复扩增正是一些遗传疾病的元凶,如亨廷顿舞蹈症和肌萎缩性侧索硬化(ALS)。

去年3月,加州大学圣地亚哥分校的研究人员开发出RNA靶向的Cas9(RCas9)系统,并用于追踪体内特异的RNA序列和过程。那时,他们表示可以利用此系统来观察应激颗粒中的RNA分子。

在这项新研究中,他们与佛罗里达大学和新加坡的研究人员合作,希望将RCas9系统转化成诊断和治疗工具。他们发现,这个系统能够靶定和破坏外源表达的MRE RNA。对于一些遗传病患者的细胞,这种工具也适用。

微卫星重复扩增是2-9 bp的DNA序列重复,通常编码有毒的重复RNA和蛋白产物,引起细胞损伤和一些罕见的遗传病,比如强直性肌营养不良1型和2型(DM1/2)、亨廷顿舞蹈症,以及家族性ALS(C9-ALS)。因此,靶定这些重复RNA就具有重要的意义。

之前的研究将去除核酸酶活性的Cas9与GFP融合(dCas9-GFP),在活细胞中结合和追踪RNA。研究人员发现,MRE RNA往往形成高度局限的RNA病灶。通过各种实验,他们发现单向导RNA(sgRNA)可以对MRE形成的RNA病灶进行成像,而更高剂量的dCas9-GFP可以消除这些病灶。

研究团队发现,在过表达模型和患者细胞中,RCas9系统都可以追踪和消除MRE RNA。重要的是,这个系统逆转了疾病的特征,包括消除了所研究的各种疾病(包括DM1/2、C9-ALS等)的RNA病灶,减少了多聚谷氨酰胺蛋白产物,并有效逆转了与DM1相关的剪接异常。

研究人员认为,sgRNA不会改变患者细胞中CTG重复的转录动力学,并且DM1患者中RNA病灶的消除可能不是由于DNA水平的转录破坏或DNA重复的不稳定性。他们观察到,DM1患者细胞中一个众所周知的特征被逆转,使得它们类似于健康细胞。

RNA剪接的转录组测定表明,患者肌管中超过93%的DM1相关剪接异常被逆转,而体外培养的肌管组成了发育中的肌肉组织,这表明了RCas9系统的治疗潜力。

“多聚谷氨酰胺疾病也是与翻译产物中CAG的重复扩增有关,而RCas9系统同样能够减少这种产物,”研究人员写道。“总的来说,这些数据表明RCas9系统有潜力逆转与微卫星重复扩增疾病相关的分子缺陷。”(生物通 薄荷)

原文检索

Elimination of Toxic Microsatellite Repeat Expansion RNA by RNA-Targeting Cas9

DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2017.07.010

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