双胞胎基因编辑方法产生完美的多能干细胞

克努特Woltjen博士领导的研究人员报道了一种新的基因编辑的方法,可以修改一个人类基因组DNA基地绝对精度。大自然中描述的技术,通信,独特之处在于,它引导细胞的修复机制的设计,提供对研究疾病相关的基因与细胞突变。

单突变DNA,称为单核苷酸polymorphisms-or snp是最常见的一种变异在人类基因组中。超过1000万个snp是已知的,其中许多与疾病如阿尔茨海默氏症、心脏病和糖尿病。为了了解snp遗传疾病的作用,科学家在京都大学的“诱导多能性”细胞研究和应用中心(CiRA)创建诱导多能干细胞从病人的捐助者。

“诱导多能性”细胞保留捐赠者的基因构成,可以转换成任何细胞在体内。这样,细胞从组织如脑、心脏、胰腺可以创建并在实验室观察,使安全测试开始前新疾病治疗的临床试验。

证明基因SNP引起疾病要求非常严格的比较匹配,或同基因的“诱导多能性”细胞。理想的细胞是研究人员描述为同基因的“双胞胎”,细胞的基因组差异只有一个SNP。然而,Shin-Il Kim博士co-first作者研究说,创建这些双胞胎不是微不足道的。

“通常情况下,我们需要添加一个抗生素抗性基因的SNP克服低效率。因为这增加了基因组的另一个变化,我们还需要一种方法来删除它。”

创建同基因的双胞胎,Woltjen实验室已开发出新的基因组编辑技术,插入一个SNP修改随着荧光报告基因,它充当一个信号来检测细胞修改。他们还设计了一个短的重复DNA序列,称为microhomology,左右的报告基因,和独特的目标站点CRISPR,削减DNA的酶。

这些特性允许研究人员利用一种叫做microhomology-mediated内源性细胞中DNA修复系统最终加入(MMEJ)为了精确删除报告基因。MMEJ消除了荧光报告基因,只留下修改的SNP。通过安排变异在一个microhomology SNP和正常的SNP,该方法有效地生成同基因的双胞胎。

CiRA克努特Woltjen博士副教授,称为MhAX新基因编辑方法,或Microhomology-Assisted切除。Woltjen的灵感来自观察天然MMEJ响应DNA损伤修复。

“MhAX工作,我们重复DNA序列已经出现在基因组中。然后我们让细胞解决这个重复。同时,细胞决定哪些snp仍将修复后,”他说。“一个全谱的实验结果可能SNP基因型”。

广岛大学合作博士隆山本和Soga Tomoyoshi庆应义塾大学的博士Woltjen实验室使用MhAX创建产生HPRT和APRT snp基因,与痛风和肾脏疾病有关的突变,分别。

生化分析显示细胞产生HPRT基因突变SNP的代谢改变与患者相似,而同基因的双控制细胞,推导出在同样的实验中,是正常的。APRT * J突变,经常发现在日本人口的急性肾功能衰竭患者,证明了MhAX的效率高,因为这两个基因副本(一个母亲和一个父亲)所需基因编辑研究变异的影响。

Woltjen的实验室已经开始将他们的方法应用到创建和调整与其他疾病相关的基因的单核苷酸多态性。与日本和加拿大的研究人员合作,他们正在调查严重的糖尿病青少年患者的遗传原因。

糖尿病临床试验使用胚胎干细胞目前正在进行,但慢性免疫抑制是必需的。病人的基因修正自己的“诱导多能性”细胞可能导致的健康产生胰岛素的胰腺来源细胞的机会减少移植后排斥反应。

“我们的目标是生成基因编辑技术改善我们的理解疾病机制,并最终导致治疗,“Woltjen说,“我们相信MhAX将在当前的人类疾病的研究,具有广泛的适用性和超越。”