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(kāi)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(jué)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(kāi)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(kāi)發(fā)出這項(xiàng)新技術(shù)，我們感到很榮幸，因?yàn)檫@是前人無(wú)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(shuō)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(lèi)第一次將 DNA 嵌入了非分裂細(xì)胞，未來(lái)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(wú)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)。

DNA修復(fù)是如何實(shí)現(xiàn)的？

在開(kāi)發(fā)新技術(shù)的過(guò)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(shuō)的“非同源性末端接合”（NHEJ）。這種方法能通過(guò)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(wú)古人的?！盞eiichiro Suzuki 說(shuō)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(chēng)其為同源非依賴(lài)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?！闭撐牧硪晃坏谝蛔髡?Jun Wu 說(shuō)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。

盲鼠復(fù)明了嗎？

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(cè)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?lèi)失明?？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(kāi)始分析這一基因編輯過(guò)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(jué)反應(yīng)。后續(xù)的一些測(cè)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(shuō)道。“實(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(wèn)題的基因，”Izpisua Belmonte 說(shuō)道?！叭祟?lèi)第一次獲得了治愈一些疑難雜癥的方法。”

via Salk.edu

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