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本文作者: 大壯旅 | 2016-11-28 11:47 |
薩克生物研究學(xué)院研發(fā)團(tuán)隊(duì)
薩克生物研究學(xué)院(Salk Institute)的研發(fā)人員最近在基因編輯領(lǐng)域取得了重大突破,他們首次將目標(biāo)位置的 DNA 嵌入了非分裂細(xì)胞,而此種細(xì)胞是成年人器官和組織的重要組成部分。開發(fā)團(tuán)隊(duì)表示,這項(xiàng)新技術(shù)能讓失明的嚙齒動(dòng)物部分恢復(fù)視覺反應(yīng)。借助這項(xiàng)突破,研究人員可以大大拓寬基礎(chǔ)研究的途徑并開發(fā)出多種新型治療方式,造福那些患有視網(wǎng)膜、心臟和神經(jīng)疾病的患者。
“能開發(fā)出這項(xiàng)新技術(shù),我們感到很榮幸,因?yàn)檫@是前人無法實(shí)現(xiàn)的重大突破,”薩克生物研究所基因表達(dá)實(shí)驗(yàn)室的 Belmonte 教授說道,包含他們新發(fā)現(xiàn)的論文剛剛在本月 16 日登上了《自然》雜志。“人類第一次將 DNA 嵌入了非分裂細(xì)胞,未來該技術(shù)將有廣闊的應(yīng)用前景。”
此前,修改 DNA 的技術(shù),如 CRISPR-Cas9 系統(tǒng),只有在分裂細(xì)胞中才能起效。薩克生物研究學(xué)院的研發(fā)人員表示,在執(zhí)行 DNA 嵌入(分裂細(xì)胞)的任務(wù)時(shí),新技術(shù)的效能是其他技術(shù)的十倍,因此在研究和醫(yī)藥上該技術(shù)都是個(gè)潛力十足的好工具。更重要的是,薩克生物研究學(xué)院的新技術(shù)突破了原本分裂細(xì)胞的限制,因此研究人員可以精確的將 DNA 嵌入那些之前無法觸及的地方,如眼睛、大腦、胰腺或心臟,在治療中各種新療法會(huì)大量涌現(xiàn)。
在開發(fā)新技術(shù)的過程中,研究人員用到了細(xì)胞 DNA 修復(fù)途徑,也就是醫(yī)學(xué)上所說的“非同源性末端接合”(NHEJ)。這種方法能通過對(duì)原始鏈末端的接合實(shí)現(xiàn)常規(guī) DNA 斷裂的修復(fù)。同時(shí),研究人員還用到了現(xiàn)有的基因編輯技術(shù),最終成功將新的 DNA 精確的潛入了非分裂細(xì)胞中的既定位置。
“利用 NHEJ 通路插入新的 DNA 是基因組編輯領(lǐng)域一項(xiàng)革命性的成果,絕對(duì)是前無古人的。”Keiichiro Suzuki 說道,他是本篇論文的第一作者。
首先,研究小組著手優(yōu)化現(xiàn)有的 NHEJ 機(jī)制,以便與 CRISPR-Cas9 系統(tǒng)搭配使用。研究人員創(chuàng)建了一個(gè)由核酸雞尾酒組成的定制版插入包(insertion package),并稱其為同源非依賴性靶向嵌入(homology-independent targeted integration,HITI)。隨后,他們利用一種惰性病毒將 HITI 的遺傳指令包送到神經(jīng)元(胚胎干細(xì)胞中提?。┲?。
“這可能是 HITI 在非分裂細(xì)胞中發(fā)揮作用的首個(gè)跡象。”論文另一位第一作者 Jun Wu 說道。隨后,研究小組又將這一結(jié)構(gòu)嵌入了成年小鼠(mice)的大腦中。
為了檢驗(yàn) HITI 用于基因替代療法的可能性,研究小組還在色素性視網(wǎng)膜炎大鼠(rats)模型中測試了這一技術(shù)。這是一種遺傳性視網(wǎng)膜退化疾病,它能夠?qū)е氯祟愂???茖W(xué)家們利用 HITI 將 Mertk 基因的功能性拷貝嵌入到 3 周大小的大鼠眼睛中。Mertk 基因是患色素性視網(wǎng)膜炎時(shí)遭到損傷的基因之一。當(dāng)大鼠 8 周時(shí),研究人員開始分析這一基因編輯過程的效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)動(dòng)物已經(jīng)獲得了一定的視覺反應(yīng)。后續(xù)的一些測試表明,大鼠的視網(wǎng)膜細(xì)胞正在痊愈。
“我們確實(shí)可以改善這些盲鼠的實(shí)力,”論文第一作者 Reyna Hernandez-Benitez 說道?!皩?shí)驗(yàn)成功表明該技術(shù)前景廣闊?!?/p>
下一步該團(tuán)隊(duì)將提升 HITI 的嵌入效率。HITI 技術(shù)的“魅力”在于它不只是適用于 CRISPR-Cas9 系統(tǒng),而是適用于任何靶向基因組工程系統(tǒng)。因此,隨著這些系統(tǒng)安全性和效能的提高,HITI 的效果也會(huì)隨之改變。
“現(xiàn)在我們手握的這項(xiàng)技術(shù)能夠修改非分裂細(xì)胞中 DNA ,這樣我們就能修復(fù)大腦、心臟和肝臟中出問題的基因,”Izpisua Belmonte 說道?!叭祟惖谝淮潍@得了治愈一些疑難雜癥的方法?!?/p>
via Salk.edu
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