Nature Biotechnology：一种新的基因编辑系统可以治疗复杂的疾病

　　

人类基因组由大约30亿个碱基对组成，人类的基因组成有99.6%是相同的。这微不足道的0.4%解释了人与人之间的差异。这些碱基对的特定突变组合为复杂健康问题的病因提供了重要线索，包括心脏病和精神分裂症等神经退行性疾病。

目前在活细胞中建模或校正突变的方法效率很低，特别是在多路复用时——在基因组中同时安装多个点突变。加州大学圣地亚哥分校的研究人员开发了一种新的高效基因组编辑工具，称为多路正交碱基编辑器(MOBEs)，可以一次安装多个点突变。他们的研究由化学和生物化学助理教授Alexis Komor的实验室领导，发表在《自然生物技术》杂志上。

Komor的团队对比较DNA中单个字母变化的基因组特别感兴趣。这些字母——C(胞嘧啶)，T(胸腺嘧啶)，G(鸟嘌呤)，A(腺苷)——被称为碱基。一个人的碱基是C，另一个人的可能是T。这些是单核苷酸变异(snv)或单点突变，一个人可能有4-5百万个变异。有些变种是无害的;有些是有害的;通常是多种变异的组合导致疾病。

在疾病建模中使用基因组的一个问题是可能的变异数量之多。如果科学家们试图确定哪些基因突变导致了心脏病，他们可以解码一群患有心脏病的人的基因组，但任何两个人之间的变异数量使得很难确定哪种变异组合导致了疾病。

“解释基因变异是一个问题。事实上，大多数被发现的变异在临床上都没有分类，所以我们甚至不知道它们是致病的还是良性的，我们的目标是通过在受控的实验室环境中安装多种变体来制造一种可用于疾病建模的工具，从而可以进一步研究它们。”文章一作Quinn T. Cowan说。

基因编辑的进化

为了理解mobe被创造出来的原因，我们必须了解传统基因编辑工具CRISPR-Cas9的局限性。CRISPR-Cas9使用一种向导RNA，它的作用就像GPS信号一样，直接到达你想要编辑的基因组位置。Cas9是一种DNA结合酶，它可以切断DNA的两条链，使其完全断裂。

虽然相对简单，但双链断裂对细胞是有毒的。这种类型的基因编辑也可能导致缺失——随机插入和删除——细胞无法完美地修复自身。在CRISPR-Cas9中编辑多个基因会增加风险。

Komor的实验室使用她开发的碱基编辑技术来代替CRISPR，这种技术可以对DNA进行化学改变，尽管一次只能进行一种类型的编辑(例如，从C到T或从a到G)。因此，碱基编辑不是一次剪掉整个部分，而是一次擦除和替换一个字母。它速度较慢，但效率更高，对细胞的危害也更小。

同时应用两个或更多碱基编辑器(将基因组中一个位置的C变为T，将另一个位置的a变为G)，可以更好地建模多基因疾病-由于多个遗传变异而发生的疾病。然而，没有一种技术可以在没有引导RNA“串扰”的情况下有效地做到这一点，当碱基编辑器做出不必要的改变时，就会发生这种情况。

Cowan的mobe使用一种被称为适体的RNA结构——与特定蛋白质结合的小RNA环——将碱基修饰酶招募到特定的基因组位置，从而高效地同时编辑多个位点，并降低串扰的发生率。

该系统新颖，是首次利用适体以正交模式招募腺苷碱基编辑器(ABEs)与胞嘧啶碱基编辑器(CBEs)合成mobe。

区别是明显的:当CBE和ABE一起给出而不使用MOBE时，串扰发生率高达30%。使用MOBE时，串扰小于5%，同时实现30%的转换效率所需的基极变化。

该研究是测试MOBE系统可行性的原理验证，已获得临时专利。为了进一步验证这些理论，研究小组进行了几个真实疾病的案例研究，包括一种罕见的激素紊乱——卡尔曼综合征。他们的实验表明，MOBE系统可以有效地编辑某些多基因疾病的相关细胞系。

“我们正在把质粒放到AddGene上，这样任何人都可以自由访问它们。我们希望其他研究人员将使用mobe来模拟遗传疾病，了解它们是如何表现的，然后有希望创造有效的治疗方法。”