新版DNA编辑系统纠正了基于RNA的疾病的潜在缺陷

直到最近，CRISPR-Cas9基因编辑技术才能用于操纵DNA。在2016年的一项研究中，加州大学圣地亚哥分校医学院的研究人员利用一种称为RNA靶向Cas9(RCas9)的方法重新利用该技术追踪活细胞中的RNA。在8月10日发表于Cell的一项新研究中，研究小组更进一步研究RCas9：他们利用该技术纠正导致微卫星重复扩增疾病的分子错误，其中包括1型和2型肌强直性营养不良，这是最常见的遗传性疾病。 ALS和亨廷顿氏病。

“这很令人兴奋，因为我们不仅针对目前尚无延迟进展的疾病的根本原因，而且我们重新设计了CRISPR-Cas9系统，以便将其传递给特定组织。通过病毒载体，“资深作者Gene Yeo博士说，加州大学圣地亚哥分校医学院细胞与分子医学教授。

虽然DNA就像建筑师的细胞蓝图，但RNA是工程师对蓝图的解释。在生命的中心法则中，在细胞核中编码的基因被转录成RNA，RNA将信息传递到细胞质中，在细胞质中它们被翻译成蛋白质。

微卫星重复扩增疾病的产生是因为RNA序列中存在对细胞有毒的错误重复，部分原因是它们阻止了关键蛋白质的产生。这些重复的RNAs积聚在细胞的细胞核或细胞质中，形成密集的结，称为焦点。

在这项概念验证研究中，Yeo的团队使用RCas9来消除与患者来源细胞中的微卫星重复扩增疾病相关的引起问题的RNA以及实验室中疾病的细胞模型。

通常，CRISPR-Cas9的工作方式如下：研究人员设计了一种“指导”RNA，以匹配特定靶基因的序列。RNA将Cas9酶引导至基因组中的所需位点，在此处切割DNA。细胞不精确地修复DNA断裂，从而使基因失活，或者研究人员用修正版本的基因替换切口附近的切片。RCas9的作用相似，但指导RNA将Cas9指向RNA分子而不是DNA。

研究人员在实验室中测试了新的RCas9系统对微卫星重复扩增疾病RNA的影响。RCas9消除了95%或更多与1型和2型肌强直性营养不良相关的RNA病灶，一种ALS和亨廷顿氏病。该方法还消除了在实验室培养的肌强直性营养不良患者细胞中95%的异常重复RNA。

成功的另一个衡量标准集中在MBNL1上，MBNL1是一种通常与RNA结合的蛋白质，但是在1型肌强直性营养不良的RNA病灶中与数百个天然RNA靶标隔离开来。当研究人员应用RCas9时，它们逆转了93%的这些功能失调的RNA患者肌肉细胞中的靶标，细胞最终与健康对照细胞相似。

Yeo解释说，虽然这项研究提供了该方法在实验室中起作用的初步证据，但在对患者进行RCas9检测之前还有很长的路要走。

一个瓶颈是将RCas9有效递送至患者细胞。非感染性腺相关病毒通常用于基因治疗，但它们太小而不能将Cas9保持在靶DNA上。Yeo的团队通过删除DNA切割所必需的蛋白质区域来制作较小版本的Cas9，但是对于结合RNA是不必要的。

“我们还不知道的主要问题是，向细胞提供RCas9的病毒载体是否会导致免疫反应，”他说。“在此之前，我们需要在动物模型中进行测试，确定潜在的毒性并评估长期暴露。”

为此，Yeo及其同事启动了一家名为Locana的衍生公司，以处理将RCas9从实验室转移到诊所所需的临床前步骤，用于基于RNA的疾病，例如微卫星重复扩增引起的疾病。

“我们对这项工作感到非常兴奋，因为我们不仅为CRISPR-Cas9定义了一种新的潜在治疗机制，我们还展示了它如何用于治疗没有成功治疗方案的整类疾病，”David Nelles说。 ，博士，该研究的共同第一作者，Ranjan Batra博士，他们都是Yeo实验室的博士后研究人员。

“基因组中不同位置的微卫星扩增导致20多种遗传性疾病，”Batra说。“我们对RCas9系统进行编程以针对不同重复进行编程的能力，以及脱靶效应的低风险，是其主要优势。”