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CRISPR递送系统可删除致病基因

在一项新的研究中,麻省理工学院的研究人员开发了可提供CRISPR基因组编辑系统并特异性修饰小鼠基因的纳米颗粒。该团队使用纳米粒子来携带CRISPR组件,从而无需使用病毒进行传递。

使用新的传递技术,研究人员能够在大约80%的肝细胞中切出某些基因,这是CRISPR在成年动物中获得的最佳成功率。

麻省理工学院化学工程系副教授丹尼尔·安德森(Daniel Anderson)说:“真正令人兴奋的是,我们证明了您可以制造出一种可以永久性地并且特异性地编辑成年动物肝脏DNA的纳米颗粒。”麻省理工学院科赫综合癌症研究所和医学工程与科学研究所(IMES)的成员。

这项研究的目标基因之一称为Pcsk9,可调节胆固醇水平。人类版本基因的突变与一种罕见的疾病有关,称为显性家族性高胆固醇血症,FDA最近批准了两种抑制Pcsk9的抗体药物。但是,需要定期服用这些抗体,并在患者的余生中定期服用以提供治疗。麻省理工学院的研究小组说,这种新的纳米粒子经过一次治疗就可以永久性地编辑基因,该技术也有望为治疗其他肝脏疾病提供希望。

安德森(Anderson)是这项研究的资深作者,该研究发表在11月13日的《自然生物技术》上。该论文的主要作者是科赫研究所研究科学家郝茵。其他作者包括麻省理工学院的戴维·H·科赫研究所教授罗伯特·兰格,斯科尔科沃理工学院的维克托·科特利安斯基教授和蒂莫菲·扎瑟平教授,以及马萨诸塞大学医学院的温雪教授。

靶向疾病

许多科学家正在尝试开发安全有效的方式来传递CRISPR所需的组件,该组件由一种称为Cas9的DNA切割酶和一种将该酶引导至基因组特定区域的短RNA组成,将Cas9引导至何处切。

在大多数情况下,研究人员依靠病毒携带Cas9的基因以及RNA导链。2014年,Anderson,Yin及其同事开发了一种非病毒递送系统,这是有史以来首次使用CRISPR技术治愈成年动物疾病(肝病酪氨酸血症)的演示。但是,这种类型的输送需要高压注射,这种方法也会对肝脏造成一定的损害。

后来,研究人员表明,他们可以通过将编码Cas9的信使RNA(mRNA)包装到纳米颗粒而不是病毒中,而无需高压注射就能递送这些成分。使用这种方法,指导RNA仍由病毒递送,研究人员能够在大约6%的肝细胞中编辑靶基因,足以治疗酪氨酸血症。

安德森说,尽管这种传输技术有望实现,但在某些情况下,最好使用完全非病毒的传输系统。一个考虑因素是,一旦使用了特定的病毒,患者就会对其产生抗体,因此无法再次使用。另外,一些患者已经具有针对被测试为CRISPR传递媒介的病毒的抗体。

在新的《自然生物技术》(Nature Biotechnology)论文中,研究人员提出了一种无需使用病毒即可使用纳米颗粒提供Cas9和RNA向导的系统。为了提供指导RNA,他们首先必须对RNA进行化学修饰,以保护其免受体内酶的破坏,这些酶通常会在到达目的地之前将其分解。

研究人员分析了Cas9和RNA向导或sgRNA形成的复合物的结构,以找出向导RNA链的哪些部分可以进行化学修饰而不会干扰两个分子的结合。基于此分析,他们创建并测试了许多可能的修改组合。

Yin说:“我们以Cas9和sgRNA复合物的结构为指导,并进行了测试以发现我们可以修饰多达70%的指导RNA。”“我们可以对其进行大量修饰,而不会影响sgRNA与Cas9的结合,而这种增强的修饰确实可以增强活性。”

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