强大“基因组编辑”技术改变人类的干细胞

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    2012 年以来,研究人员常用一种叫做 CRISPR 的强大 “ 基因组编辑 ” 技术对生物的 DNA 序列进行修剪、切断、替换或添加。最近,美国约翰 · 霍普金斯大学医学院的科学家证明,这一系统还能精确有效地改变人类的干细胞。研究人员指出,这一发现简化了对诱导多能干细胞 (iPSCs) 的修改和定制,有望更快在治疗上取得成果,开发出用于疾病研究和药物测试的模型系统。相关论文在线发表于最近的《分子治疗》上。

CRISPR来自微生物的免疫系统,这种工程编辑系统利用一种酶,能把一段作为引导工具的小 RNA 切入 DNA,就能在此处切断或做其他改变。以往研究表明,通过这些介入,CRISPR 能使基因组更有效地产生变化或突变,效率比 TALEN( 转录激活因子类感受器核酸酶 ) 等其他基因编辑技术更高。但最近研究发现,虽然 CRISPR 有许多优点,在人类癌细胞系列中,它也可能产生大量 “ 误伤目标 ”,尤其是对不希望改变的基因做修改。

据物理学家组织网 16( 北京时间 ) 报道,为了研究这种副作用在人类其他细胞中是否也存在,研究小组用 CRISPRTALEN两种系统在人类的 iPSCs 中进行实验,让它们在 iPSCs 中切下已知的基因片段,或切掉后再换上其他的。

他们用 JAK2SERPINA1AAVS1基因作为模型,JAK2基因变异会导致骨髓紊乱,真性红细胞增多症 ;SERPINA1 基因变异会导致 alpha1- 抗胰蛋白酶缺乏,这是一种遗传性紊乱,会造成肺和肝脏疾病 ;AAVS1最近发现是人类基因组中的 “ 安全港 ”,可以插入外来基因。

通过比较发现,在这三个基因系统中,如果只是简单地切掉部分基因,CRISPR系统明显比 TALEN 更有效,产生的剪切是后者的 100;而在做基因替代操作时,如替代 JAK2SERPINA1中的致病变异,CRISPRTALEN 的效率相当。

研究人员还指出,与人类癌细胞系研究不同的是,无论 CRISPR 还是 TALEN,在人类iPSCs 中同样都有着目标特异性,即只瞄准那些为它们设定的目标基因。他们还发现,CRISPR系统比 TALEN 更有优势:CRISPR可以设计成只瞄准病人体内含有变异的基因,而不影响健康基因,即只影响某个基因的一个副本。这些成果与以往的干细胞研究成果结合,使 CRISPR 成为一种有用的人类 iPSCs 基因剪辑工具,其偏离目标的风险更小。

翰 · 霍普金斯大学医学院导师叶朝辉 ( 音译 ) 说,他们的研究详细说明了如何将 CRISPR 技术用于人类 iPSCs,展现了该技术在这类细胞中的潜力。“ 干细胞技术正在迅速发展。我们认为,将iPSCs 用于人类治疗的日子已经不远。”(来源:科技日报)

 

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