這項 CRISPR 突破無需切割 DNA 即可開啟基因

多年來，研究人員一直想知道甲基（DNA 上聚集的小化學基團）是否只出現在基因已經關閉的地方，或者它們是否是基因抑制的直接原因。

在最近發表的一項研究中 自然通訊新南威爾士大學的研究人員與聖裘德兒童研究醫院（孟菲斯）的同事合作，證明去除這些化學標記會導致基因再次激活。當再次添加標記時，基因再次停止工作。結果證實DNA甲基化直接控制基因活性。

“我們已經非常清楚地表明，如果你除去蜘蛛網，基因就會出現，”該研究的主要作者、該大學負責學術質量的副校長梅林·克羅斯利教授說。

“當我們將甲基重新添加到基因中時，它們再次被關閉。因此，這些化合物不是蜘蛛網 – 它們是錨。”

CRISPR技術是如何發展起來的？

CRISPR 是規則間隔短回文重複序列的縮寫，是現代基因編輯技術的基礎。它使科學家能夠定位特定的 DNA 序列並進行有針對性的改變，通常用健康的版本替換有缺陷的遺傳密碼。

該系統依賴於細菌中發現的自然防禦機制，利用 CRISPR 技術來識別並切割入侵病毒的 DNA。

早期版本的 CRISPR 工具通過切割 DNA 來禁用有缺陷的基因。後來的版本變得更加準確，使科學家能夠糾正遺傳密碼中的各個字母。然而，這兩種方法都依賴於斷裂 DNA 鏈，這可能會導致意外的變化並增加嚴重副作用的風險。

被稱為表觀遺傳編輯的新版本採用了不同的方法。它不是切割 DNA，而是針對與每個細胞核內發現的基因相關的化學標籤。通過從沉默基因中去除甲基，研究人員可以在不改變潛在 DNA 序列的情況下恢復基因活性。

治療鐮狀細胞病的新可能性

研究小組相信這種方法可以為鐮狀細胞相關疾病提供更安全的治療方法。這些遺傳性疾病會影響紅細胞的形狀和功能，通常會導致劇烈疼痛、器官損傷和預期壽命縮短。

“只要你切割 DNA，就有患癌症的風險。如果你正在對一種終生疾病進行基因治療，那就是一個很大的風險，”克羅斯利教授說。

“但如果我們能夠進行不涉及切割 DNA 鏈的基因治療，我們就能避免這些潛在的風險。”

這項新技術不是切割 DNA，而是使用改良的 CRISPR 系統來傳遞去除甲基的酶。這個過程釋放了阻止某些基因關閉的基因制動器。主要目標之一是胎兒珠蛋白基因，它有助於在出生前輸送氧氣。出生後重新激活該基因可以幫助繞過導致鐮狀細胞病的成人珠蛋白基因缺陷。

“你可以把胎兒珠蛋白基因想像成兒童自行車上的輔助輪，”克羅斯利教授說。 “我們認為我們可以讓它們再次為需要新輪子的人工作。”

到目前為止的研究表明了什麼

到目前為止，所有實驗都是在新南威爾士大學和孟菲斯的實驗室使用人體細胞進行的。

該研究的合著者凱特·昆蘭教授表示，這些發現可能對鐮狀細胞病以外的疾病產生深遠影響。許多遺傳疾病涉及基因的錯誤開啟或關閉，而修飾甲基可能提供一種在不損害 DNA 的情況下糾正這些問題的方法。

“我們對錶觀遺傳編輯的未來感到興奮，因為我們的研究表明，它使我們能夠在不修改 DNA 序列的情況下增強基因表達，”她說。 “基於這項技術的療法可能比第一代或第二代 CRISPR 產生意外負面影響的風險更低。”

展望未來，研究人員描述了這種療法有一天如何在實踐中發揮作用。醫生從患者的血液中收集幹細胞，產生紅細胞。在實驗室中，表觀遺傳編輯將用於去除胎兒珠蛋白基因中的甲基標記，從而重新激活它。然後，修飾後的細胞將被送回患者體內，它們可以在骨髓中定居並開始產生更健康的血細胞。

表觀遺傳編輯的後續步驟

新南威爾士大學和聖裘德的研究團隊計劃在動物模型中測試這種方法，並繼續探索其他基於 CRISPR 的工具。

“也許最重要的是現在可以將分子靶向單個基因，”克羅斯利教授說。

“在這裡，我們刪除或添加了甲基，但這只是一個開始。我們還可以做出其他改變，這將提高我們為治療和農業目的改變基因生產的能力。這是一個新時代的開始。”