研究人员使用新的基于CRISPR的策略来复制细胞中的疾病

为了详细探究特定遗传错误如何导致疾病，科学家们需要在携带这些精确突变的细胞中进行实验。现在，由于洛克菲勒大学的研究人员的工作，使用新的基因组编辑技术创建这些细胞复制品的能力得到了促进。以前，这项备受关注的CRISPR-Cas9系统技术无法有效和准确地进行更改，足以被科学界广泛使用。

“这种新方法使研究人员能够更直接地将基因致病的基因插入到细胞中，从而开发出更接近模仿人体内条件的细胞模型 - 为生物医学研究创造更广泛的机会大脑作者Marc Tessier-Lavigne，脑发育和修复实验室负责人，大学校长Marc Tessier-Lavigne表示，这是一种令人虚弱或致命的状况。

在最近在Nature上描述的工作中，该团队应用他们的技术来产生看起来像阿尔茨海默病患者大脑中的神经元。

使基因编辑更可靠

多年来，研究人员设计了许多模拟实验室培养细胞疾病的策略。当试图将细胞转变为特定人类疾病的模型时，研究人员希望切割DNA以用替代品替换现有的序列。

随着源自细菌免疫防御系统的CRISPR-Cas9系统的发现，科学家们获得了一种精确且容易地切割细胞DNA的新工具。然而，迄今为止，一些显着的缺点阻碍了科学家使用它来设计受疾病影响的细胞。

该研究的共同作者洛克菲勒博士后Dominik Paquet和研究生Dylan Kwart首先尝试使用CRISPR-Cas9插入两个与淀粉样蛋白β(一种与阿尔茨海默病有关的蛋白质)生成相关的基因突变。他们的成功率最初是令人沮丧的，只有极少数细胞携带所需的基因版本，没有新的错误。

主要问题是CRISPR-Cas9不断地一次又一次地切割细胞的DNA，细胞自身的修复机器修复每次切割，直到它出现错误，阻止进一步切割。这些错误可能会给细胞带来新的，意想不到的问题。

该研究小组还包括来自纽约干细胞基金会研究所的科学家，评估了该领域科学家已经讨论了一段时间的方法：引入阻断突变以防止在第一片切片后进一步切割。通过将这些嵌段引入CRISPR-Cas9靶向检测所需的两个不同DNA区域之一，它们能够显着降低意外错误。

仅针对一个基因拷贝

错误不是唯一的问题。像我们细胞中的所有基因一样，那些涉及阿尔茨海默氏症的基因存在两个拷贝，患者通常携带一个正常拷贝和一个突变拷贝。这给研究人员带来了一个问题，因为没有办法告诉CRISPR-Cas9只编辑一个基因拷贝而另一个只留下另一个。

当研究小组密切关注使用CRISPR-Cas9添加两种阿尔茨海默氏症突变产生的序列时，他们发现了一种似乎围绕距离旋转的模式 - 即CRISPR-Cas9产生其的位点之间的序列长度切割和他们打算引入受体细胞的突变。

“我们发现较短的距离产生的细胞更可能包含两个突变基因拷贝。随着距离的增加，编辑不太成功，并且，一个突变体和一个原始版本的百分比进一步达到峰值，”Kwart说。“我们期望基于先前工作的距离效应，但重要的是，我们发现距离关系是非常刻板的，并且通过依赖它，可以产生大部分杂合细胞，其中只有一个基因拷贝是以可预测的方式改变了。“

通过这种策略，研究人员编辑了干细胞的基因组，以包含两个阿尔茨海默氏症基因中的任何一个的副本。然后，他们诱使这些细胞成为神经元，产生大量淀粉样蛋白β，就像阿尔茨海默病一样。

“以前，没有简单的方法来控制CRISPR-Cas9的编辑是否产生了导致某些条件的杂合突变，”Paquet说。“通过描述距离的作用，我们澄清了一个重要的规则，用这个系统控制基因组编辑，并在此过程中为它开辟了一个新的潜在用途。”