Salk研究所開發「通用型」基因編輯工具，可靶向多種突變和細胞類型

基因編輯技術為治療各種遺傳疾病帶來了希望。然而，許多類型的基因編輯工具都無法靶向DNA的關鍵區域，對於包含分裂或非分裂狀態的不同細胞類型的組織開發通用且有效的體內基因組編輯工具仍然是一個挑戰。

繼上周「CRISPR先驅」張鋒實驗室的博士後研究員Randall Platt教授帶來了CRISPR-Cas技術革命性突破——實現同時對細胞內基因的25個靶點進行編輯，甚至理論上能進一步增加到數百個基因。

現在，美國Salk研究所的研究人員又開發了一種名為SATI的新工具，能夠針對多種突變和細胞類型編輯小鼠基因組。這項新的基因組編輯技術，有望被廣泛應用於亨廷頓舞蹈症(Huntington』s disease)和罕見的早衰綜合征(progeria)等基因突變疾病。相關研究結果於8月23日發表在《Cell Research》雜誌上。

Salk研究所基因表達實驗室教授、論文資深作者Juan Carlos Izpisua Belmonte表示:「這項研究表明，SATI是一種強大的基因組編輯工具。這將有助於開發有效的目標基因置換策略來替代許多不同類型的突變，並為使用基因組編輯工具治療多種遺傳疾病打開大門。」

通常來說，利用細胞的正常DNA修復機制，基因編輯技術（尤其是CRISPR/cas9系統）在分裂細胞（如皮膚或腸道細胞）方面最為有效。Izpisua Belmonte實驗室之前曾證明，他們基於CRISPR/cas9的基因編輯技術，稱為HITI（用於同源獨立的靶向整合），可以同時靶向分裂細胞和非分裂細胞。蛋白質編碼區域的功能類似於製作蛋白質的「食譜」，而被稱為非編碼區域的區域則像「廚師」一樣決定要做多少食物。這些非編碼區域構成了DNA的絕大部分（約98%），並調控包括關閉和打開基因在內的許多細胞功能，因此可能成為未來基因治療的潛在目標。

Neuron使用SATI技術進行定位。圖片來源：Salk研究所

論文的第一作者、Izpisua Belmonte實驗室的博士後研究員Mako Yamamoto說道:「我們試圖創建一個多功能工具來靶向DNA這些非編碼區域，這些區域不會影響基因的功能，並能夠靶向多種突變和細胞類型。作為概念驗證，我們重點研究了一種突變引起過早衰的小鼠模型，這種突變很難用現有的基因組編輯工具進行修復。」

研究人員在患有早衰症的活小鼠身上測試了SATI技術。早衰症是由LMNA基因突變引起的。患有早衰症的人類和小鼠都表現出過早衰老、心功能障礙的跡象，而且由於一種叫做早衰素的蛋白質的積累，壽命顯著縮短。研究人員利用SATI，將LMNA基因的正常拷貝插入早衰小鼠體內。研究人員能夠觀察到小鼠包括皮膚和脾臟在內的幾種組織衰老特徵的減弱，以及壽命的延長（與未經治療的早衰小鼠相比，壽命延長了45%）。如果這是在人類身上，壽命延長將超過10年。

左起：Juan Carlos Izpisua Belmonte、Reyna Hernandez-Benitez、Pradeep Reddy和Mako Yamamoto。圖片來源：Salk研究所

SATI其實是HITI的升級版。它的工作原理是在突變位點之前將問題基因的正常拷貝插入DNA的非編碼區域。然後，這個新基因通過幾種DNA修復途徑中的一種，與舊基因一起整合到基因組中，從而減輕了原始突變基因的有害影響，同時又不會因為完全替換它而帶來損害。

因此，SATI系統代表了第一個可以靶向多種組織類型DNA非編碼區域的體內基因編輯技術。接下來，研究小組的目標是通過增加包含新DNA的細胞數量來提高SATI的效率。

「具體來說，我們將研究DNA修復中涉及的細胞系統的細節，以進一步改進SATI技術以進行更好的DNA校正，」該論文的共同第一作者、Izpisua Belmonte的博士後研究員實驗室Reyna Hernandez-Benitez說道。

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參考資料：

[1]A novel technology for genome-editing a broad range of mutations in live organisms

[2]New Technology for Gene-Editing Mutations in Live Organisms

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