自2012年以來,研究人員常用一種叫做CRISPR的強大“基因組編輯”技術對生物的DNA序列進行修剪、切斷、替換或添加。最近,美國約翰·霍普金斯大學醫學院的科學家證明,這一系統還能精確有效地改變人類的干細胞。研究人員指出,這一發現簡化了對誘導多能干細胞(iPSCs)的修改和定制,有望更快在治療上取得成果,開發出用于疾病研究和藥物測試的模型系統。相關論文在線發表于最近的《分子治療》上。
CRISPR來自微生物的免疫系統,這種工程編輯系統利用一種酶,能把一段作為引導工具的小RNA切入DNA,就能在此處切斷或做其他改變。以往研究表明,通過這些介入,CRISPR能使基因組更有效地產生變化或突變,效率比TALEN(轉錄激活因子類感受器核酸酶)等其他基因編輯技術更高。但最近研究發現,雖然CRISPR有許多優點,在人類癌細胞系列中,它也可能產生大量“誤傷目標”,尤其是對不希望改變的基因做修改。
據物理學家組織網1月6日(北京時間)報道,為了研究這種副作用在人類其他細胞中是否也存在,研究小組用CRISPR和TALEN兩種系統在人類的iPSCs中進行實驗,讓它們在iPSCs中切下已知的基因片段,或切掉后再換上其他的。
他們用JAK2、SERPINA1和AAVS1基因作為模型,JAK2基因變異會導致骨髓紊亂,真性紅細胞增多癥;SERPINA1基因變異會導致alpha1-抗胰蛋白酶缺乏,這是一種遺傳性紊亂,會造成肺和肝臟疾病;而AAVS1最近發現是人類基因組中的“安全港”,可以插入外來基因。
通過比較發現,在這三個基因系統中,如果只是簡單地切掉部分基因,CRISPR系統明顯比TALEN更有效,產生的剪切是后者的100倍;而在做基因替代操作時,如替代JAK2和SERPINA1中的致病變異,CRISPR和TALEN的效率相當。
研究人員還指出,與人類癌細胞系研究不同的是,無論CRISPR還是TALEN,在人類iPSCs中同樣都有著目標特異性,即只瞄準那些為它們設定的目標基因。他們還發現,CRISPR系統比TALEN更有優勢:CRISPR可以設計成只瞄準病人體內含有變異的基因,而不影響健康基因,即只影響某個基因的一個副本。這些成果與以往的干細胞研究成果結合,使CRISPR成為一種有用的人類iPSCs基因剪輯工具,其偏離目標的風險更小。
約翰·霍普金斯大學醫學院導師葉朝輝(音譯)說,他們的研究詳細說明了如何將CRISPR技術用于人類iPSCs,展現了該技術在這類細胞中的潛力。“干細胞技術正在迅速發展。我們認為,將iPSCs用于人類治療的日子已經不遠。”
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