科学家对CRISPR进行了修饰 使其能够表观遗传学地治疗糖尿病 肾脏疾病和肌肉萎缩症

索尔克的科学家们发明了一种新的CRISPR/Cas9基因组编辑技术，这种技术可以在不破坏DNA的情况下激活基因，从而可能绕过利用基因编辑技术治疗人类疾病的一个主要障碍。

大多数CRISPR/Cas9系统的工作原理是在基因组的特定编辑或删除区域创建“双链断裂”(DSBs)，但许多研究人员反对在活着的人类DNA中创建这种断裂。作为概念的证明，索尔克小组使用他们的新方法在小鼠模型中治疗几种疾病，包括糖尿病、急性肾病和肌肉萎缩症。

“尽管许多研究已经证明,CRISPR / Cas9可以应用作为基因治疗的一个强大的工具,人们越来越担心不必要的双链断裂产生的突变通过这一技术,”胡安•卡洛斯说Izpisua Belmonte,索尔克的基因表达实验室教授和高级新论文的作者,于2017年12月7日发表在细胞。“我们能够避开这种担忧。”

在最初的CRISPR/Cas9系统中，Cas9酶与引导rna结合，引导rna将其靶向基因组的正确位置，从而产生DSBs。最近，一些研究人员开始使用一种“死亡”形式的Cas9 (dCas9)，它仍然可以定位基因组中的特定位置，但不再切割DNA。相反，dCas9与激活靶基因的转录激活域(分子开关)相结合。但由此产生的蛋白质——dcas9附着在激活器开关上——太大太笨重，无法装入通常用于向活生物体细胞(即腺相关病毒，AAVs)提供此类治疗的载体中。由于缺乏有效的分娩系统，这一工具在临床应用中非常困难。

Izpisua Belmonte的团队将Cas9/dCas9与一系列不同的激活开关结合在一起，发现了一种即使在蛋白质没有相互融合的情况下也能发挥作用的组合。也就是说，将Cas9或dCas9封装到一个AAV中，将开关和导通rna封装到另一个AAV中。他们还对引导rna进行了优化，以确保所有片段最终都位于基因组中所需的位置，并确保目标基因被强烈激活。

“这些成分在生物体中共同作用，影响内源性基因，”ispisua Belmonte实验室的研究员廖辛凯(Ken)说，他也是这篇新论文的第一作者之一。通过这种方式，这项技术是表观遗传学的，这意味着它在不改变DNA序列的情况下影响基因活性。

为了测试这种方法，研究人员使用了急性肾损伤、1型糖尿病和一种肌肉萎缩症的小鼠模型。在每种情况下，他们都设计了CRISPR/Cas9系统，以促进一种可能逆转疾病症状的内源性基因的表达。在肾病的情况下，他们激活了两个已知的与肾功能有关的基因，并观察到不仅与这些基因相关的蛋白质水平增加，而且在急性损伤后肾功能得到改善。对于1型糖尿病，他们的目标是提高能够产生胰岛素生成细胞的基因的活性。治疗再次奏效，降低了糖尿病小鼠模型的血糖水平。对于肌肉萎缩症，研究人员表达了此前已被证明可以逆转疾病症状的基因，其中包括一种特别大的基因，这种基因不容易通过传统病毒介导的基因疗法传递。

“当我们在老鼠身上看到结果时，我们非常兴奋，”该实验室的研究助理、论文的第一作者之一Fumiyuki Hatanaka补充道。“我们可以诱导基因激活，同时看到生理变化。”

Izpisua Belmonte特异性的团队正在努力改善他们的系统,并把它应用到更多的细胞和器官治疗更广泛的人类疾病,以及恢复特定的器官和逆转衰老过程和老年性听力损失和黄斑变性。他们说，在人体试验之前还需要进行更多的安全测试。