修复基因缺陷的新方法——“软”CRISPR

科学家开发了一种新的基于CRISPR的技术，可以提供一种更安全的方法来纠正基因缺陷。新的“软”CRISPR方法利用了天然DNA修复机制，为新的基因治疗策略奠定了基础，有可能治愈大量遗传疾病。

　　

在7月1日的《Science Advances》杂志上，加州大学圣地亚哥分校的一个生物学家团队描述了一种新的、更安全的方法，可能在未来纠正基因缺陷，其中包括博士后学者Sitara Roy、专家Annabel Guichard和Ethan Bier教授。他们利用天然DNA修复机制的策略，为新的基因治疗策略奠定了基础，有望治愈大量遗传疾病。

在许多情况下，那些患有遗传疾病的人从父母那里继承的两个基因副本中携带了明显的突变。这意味着，通常，一个染色体上的突变会在另一个染色体上有对应的功能序列。研究人员使用CRISPR基因编辑工具来利用这一事实。

该研究的资深作者Guichard说:“细胞的修复机制可以在切断突变DNA后，利用健康的变异来纠正有缺陷的突变。值得注意的是，一个简单无害的缺口甚至可以更有效地实现这一点。”

在果蝇的研究中，研究人员设计了一种突变体，通过果蝇眼睛中色素的产生，使这种“同源染色体模板修复”(HTR)可视化。这些突变体最初的特征是完全白色的眼睛。但是，当同样的果蝇表达CRISPR成分(一种引导RNA加上Cas9)时，它们的眼睛上出现了大片红色斑块，这表明细胞的DNA修复机制已经成功地利用另一条染色体上的功能性DNA逆转了突变。

然后，他们用被称为“nickases”的Cas9变体测试了他们的新系统，这种变体只针对一条DNA链，而不是两条DNA链。令人惊讶的是，作者发现，这种损伤也会导致高水平的红眼颜色恢复，几乎与正常(非突变)健康果蝇一样。他们发现，nickases的修复成功率为50-70%，而双链切割Cas9的修复成功率仅为20-30%，后者也会产生频繁的突变，并针对基因组中的其他位点(所谓的脱靶突变)。

该研究的主要作者Roy说:“我简直不敢相信nickase的效果有多好——这完全出乎意料。”研究人员指出，新系统的多功能性可以作为修复哺乳动物基因突变的模型。

“我们还不知道这一过程将如何转化为人类细胞，以及我们是否可以将其应用于任何基因，”Guichard说。“对于人类染色体携带的致病突变，可能需要一些调整来获得有效的HTR。”

这项新研究扩展了该团队之前在“等位基因驱动”精确编辑方面的成就，该研究扩展了基因驱动的原则，使用一种引导RNA，指导CRISPR系统切割不需要的基因变体，并用优选的基因版本取代它们。

该团队研究的一个关键特点是，他们的基于nickase的系统导致的目标上和脱靶突变要少得多，而传统的基于Cas9的CRISPR编辑也会发生这种情况。他们还表示，连续几天缓慢交付nickases组件可能比一次性交付更有益。

Bier说:“这种方法的另一个显著优势是它的简单性。它依赖的成分很少，而且DNA损伤是‘软的’，不像Cas9，它产生的完全DNA断裂通常伴随着突变。”

Roy说:“如果这种事件的频率可以通过促进同源配对或优化nick特异性修复过程来增加，这样的策略可以用来纠正大量显性或跨杂合子致病突变。”

Sitara Roy, Sara Sanz Juste, Marketta Sneider, Ankush Auradkar, Carissa Klanseck, Zhiqian Li, Alison Henrique Ferreira Julio, Victor Lopez del Amo, Ethan Bier, Annabel Guichard. Cas9/Nickase-induced allelic conversion by homologous chromosome-templated repair in            Drosophila            somatic cells. Science Advances，2022; 8 (26)