在一項(xiàng)針對(duì)細(xì)胞的新研究中，伊利諾伊大學(xué)的研究人員采用了CRISPR基因編輯技術(shù)，使細(xì)胞的內(nèi)部機(jī)制在將其轉(zhuǎn)錄到蛋白質(zhì)構(gòu)建模板中時(shí)跳過一小部分基因。這為研究人員提供了一種方法，不僅可以消除突變的基因序列，還可以影響基因的表達(dá)和調(diào)控方式。

這種有針對(duì)性的編輯有朝一日可用于治療由基因組突變引起的遺傳性疾病，如杜興氏肌營(yíng)養(yǎng)不良癥，亨廷頓氏病或某些癌癥。

CRISPR技術(shù)通常通過在靶基因開始時(shí)破壞DNA來關(guān)閉基因，當(dāng)DNA結(jié)合在一起時(shí)誘導(dǎo)突變。這種方法可能引起問題，例如DNA在預(yù)期靶標(biāo)以外的位置破裂，并且破碎的DNA重新附著到不同的染色體上。

在Genome Biology期刊中描述的新的CRISPR-SKIP技術(shù)不會(huì)破壞DNA鏈，而是改變靶DNA序列中的單個(gè)點(diǎn)。

“鑒于傳統(tǒng)基因編輯存在破壞DNA的問題，我們必須找到優(yōu)化工具來完成基因修飾的方法。這是一個(gè)很好的方法，因?yàn)槲覀兛梢栽诓淮蚱苹蚪MDNA的情況下調(diào)控基因，”伊利諾伊州生物工程學(xué)教授Pablo Perez說道。 Pinera是伊利諾伊州物理學(xué)教授Jun Song領(lǐng)導(dǎo)的研究。兩者均隸屬于美國(guó)大學(xué)的Carl R. Woese基因組生物學(xué)研究所。

在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，基因被分解成稱為外顯子的區(qū)段，這些區(qū)域散布著似乎沒有任何代碼的DNA區(qū)域。當(dāng)細(xì)胞的機(jī)器將基因轉(zhuǎn)錄成RNA以翻譯成蛋白質(zhì)時(shí)，DNA序列中有信號(hào)表明哪些部分是外顯子，哪些部分不是基因的一部分。細(xì)胞將編碼部分轉(zhuǎn)錄的RNA拼接在一起，得到一個(gè)用于制造蛋白質(zhì)的連續(xù)RNA模板。

CRISPR-SKIP在外顯子開始之前改變單個(gè)堿基，導(dǎo)致細(xì)胞將其作為非編碼部分讀取。

“當(dāng)細(xì)胞將外顯子視為非編碼DNA時(shí)，該外顯子不包含在成熟RNA中，有效地從蛋白質(zhì)中去除相應(yīng)的氨基酸，”生物工程研究生，該論文的第一作者M(jìn)ichael Gapinske說。

雖然跳過外顯子導(dǎo)致缺少少量氨基酸的蛋白質(zhì)，但所產(chǎn)生的截短蛋白質(zhì)通常保留部分或完全活性 - 這可能足以恢復(fù)某些遺傳性疾病的功能，Perez-Pinera說，他也是Carle的教授。伊利諾伊醫(yī)學(xué)院。

研究人員表示，還有其他方法可以跳過外顯子或消除氨基酸，但由于它們不能永久改變DNA，因此它們只能提供臨時(shí)益處，需要在患者的整個(gè)生命周期內(nèi)重復(fù)給藥。

“通過使用CRISPR-SKIP編輯基因組DNA中的單個(gè)堿基，我們可以永久消除外顯子，從而通過一次治療實(shí)現(xiàn)疾病的持久校正，”物理研究生兼共同首先的Alan Luu說。該研究的作者。“如果我們需要重新開啟一個(gè)外顯子，這個(gè)過程也是可逆的。”

研究人員在小鼠和人類的多種細(xì)胞系中測(cè)試了該技術(shù)，包括健康和癌癥。

“我們?cè)谌N不同的哺乳動(dòng)物細(xì)胞系中對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試，以證明它可以應(yīng)用于不同類型的細(xì)胞。我們還在癌細(xì)胞系中證明了這一點(diǎn)，因?yàn)槲覀兿ＭC明我們可以靶向致癌基因，”Song說。“我們還沒有在體內(nèi)使用它;這將是下一步。”

他們對(duì)來自處理細(xì)胞的DNA和RNA進(jìn)行了測(cè)序，發(fā)現(xiàn)CRISPR-SKIP系統(tǒng)可以靶向特定堿基并高效跳過外顯子，并且還證明了不同靶向的CRISPR-SKIPs可以組合在一個(gè)基因中跳過多個(gè)外顯子。研究人員希望測(cè)試其在活體動(dòng)物中的效率 - 這是評(píng)估其治療潛力的第一步。

“例如，在Duchenne的肌營(yíng)養(yǎng)不良癥中，僅僅糾正5%至10%的細(xì)胞就足以獲得治療效果。使用CRISPR-SKIP，我們發(fā)現(xiàn)許多細(xì)胞系的修飾率超過20%至30%。已經(jīng)研究過，“佩雷斯 - 皮內(nèi)拉說。

該小組建立了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)工具，允許其他研究人員搜索外顯子是否可以用CRISPR-SKIP技術(shù)靶向，同時(shí)最小化它與基因組中相似位點(diǎn)結(jié)合的機(jī)會(huì)。

由于研究人員在非目標(biāo)位點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了一些突變，他們正致力于使CRISPR-SKIP更加高效和特異。

“生物學(xué)是復(fù)雜的。人類基因組有超過30億個(gè)堿基。因此，在類似于預(yù)期區(qū)域的位置著陸的可能性是不可忽視的，并且需要用任何基因編輯技術(shù)來識(shí)別，”宋說。“我們花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行廣泛測(cè)序以尋找脫靶突變的原因是它可能成為醫(yī)學(xué)應(yīng)用的主要障礙。我們希望未來對(duì)基因編輯技術(shù)的改進(jìn)將提高CRISPR-SKIP的特異性，以便我們開始解決一些阻礙基因治療在臨床上廣泛應(yīng)用的問題。“