克努特Woltjen博士領(lǐng)導(dǎo)的研究人員報(bào)道了一種新的基因編輯的方法,可以修改一個(gè)人類(lèi)基因組DNA基地絕對(duì)精度。大自然中描述的技術(shù),通信,獨(dú)特之處在于,它引導(dǎo)細(xì)胞的修復(fù)機(jī)制的設(shè)計(jì),提供對(duì)研究疾病相關(guān)的基因與細(xì)胞突變。

單突變DNA,稱為單核苷酸polymorphisms-or snp是最常見(jiàn)的一種變異在人類(lèi)基因組中。超過(guò)1000萬(wàn)個(gè)snp是已知的,其中許多與疾病如阿爾茨海默氏癥、心臟病和糖尿病。為了了解snp遺傳疾病的作用,科學(xué)家在京都大學(xué)的“誘導(dǎo)多能性”細(xì)胞研究和應(yīng)用中心(CiRA)創(chuàng)建誘導(dǎo)多能干細(xì)胞從病人的捐助者。

“誘導(dǎo)多能性”細(xì)胞保留捐贈(zèng)者的基因構(gòu)成,可以轉(zhuǎn)換成任何細(xì)胞在體內(nèi)。這樣,細(xì)胞從組織如腦、心臟、胰腺可以創(chuàng)建并在實(shí)驗(yàn)室觀察,使安全測(cè)試開(kāi)始前新疾病治療的臨床試驗(yàn)。

證明基因SNP引起疾病要求非常嚴(yán)格的比較匹配,或同基因的“誘導(dǎo)多能性”細(xì)胞。理想的細(xì)胞是研究人員描述為同基因的“雙胞胎”,細(xì)胞的基因組差異只有一個(gè)SNP。然而,Shin-Il Kim博士co-first作者研究說(shuō),創(chuàng)建這些雙胞胎不是微不足道的。

“通常情況下,我們需要添加一個(gè)抗生素抗性基因的SNP克服低效率。因?yàn)檫@增加了基因組的另一個(gè)變化,我們還需要一種方法來(lái)刪除它。”

創(chuàng)建同基因的雙胞胎,Woltjen實(shí)驗(yàn)室已開(kāi)發(fā)出新的基因組編輯技術(shù),插入一個(gè)SNP修改隨著熒光報(bào)告基因,它充當(dāng)一個(gè)信號(hào)來(lái)檢測(cè)細(xì)胞修改。他們還設(shè)計(jì)了一個(gè)短的重復(fù)DNA序列,稱為microhomology,左右的報(bào)告基因,和獨(dú)特的目標(biāo)站點(diǎn)CRISPR,削減DNA的酶。

這些特性允許研究人員利用一種叫做microhomology-mediated內(nèi)源性細(xì)胞中DNA修復(fù)系統(tǒng)最終加入(MMEJ)為了精確刪除報(bào)告基因。MMEJ消除了熒光報(bào)告基因,只留下修改的SNP。通過(guò)安排變異在一個(gè)microhomology SNP和正常的SNP,該方法有效地生成同基因的雙胞胎。

CiRA克努特Woltjen博士副教授,稱為MhAX新基因編輯方法,或Microhomology-Assisted切除。Woltjen的靈感來(lái)自觀察天然MMEJ響應(yīng)DNA損傷修復(fù)。

“MhAX工作,我們重復(fù)DNA序列已經(jīng)出現(xiàn)在基因組中。然后我們讓細(xì)胞解決這個(gè)重復(fù)。同時(shí),細(xì)胞決定哪些snp仍將修復(fù)后,”他說(shuō)。“一個(gè)全譜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能SNP基因型”。

廣島大學(xué)合作博士隆山本和Soga Tomoyoshi慶應(yīng)義塾大學(xué)的博士Woltjen實(shí)驗(yàn)室使用MhAX創(chuàng)建產(chǎn)生HPRT和APRT snp基因,與痛風(fēng)和腎臟疾病有關(guān)的突變,分別。

生化分析顯示細(xì)胞產(chǎn)生HPRT基因突變SNP的代謝改變與患者相似,而同基因的雙控制細(xì)胞,推導(dǎo)出在同樣的實(shí)驗(yàn)中,是正常的。APRT * J突變,經(jīng)常發(fā)現(xiàn)在日本人口的急性腎功能衰竭患者,證明了MhAX的效率高,因?yàn)檫@兩個(gè)基因副本(一個(gè)母親和一個(gè)父親)所需基因編輯研究變異的影響。

Woltjen的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開(kāi)始將他們的方法應(yīng)用到創(chuàng)建和調(diào)整與其他疾病相關(guān)的基因的單核苷酸多態(tài)性。與日本和加拿大的研究人員合作,他們正在調(diào)查嚴(yán)重的糖尿病青少年患者的遺傳原因。

糖尿病臨床試驗(yàn)使用胚胎干細(xì)胞目前正在進(jìn)行,但慢性免疫抑制是必需的。病人的基因修正自己的“誘導(dǎo)多能性”細(xì)胞可能導(dǎo)致的健康產(chǎn)生胰島素的胰腺來(lái)源細(xì)胞的機(jī)會(huì)減少移植后排斥反應(yīng)。

“我們的目標(biāo)是生成基因編輯技術(shù)改善我們的理解疾病機(jī)制,并最終導(dǎo)致治療,“Woltjen說(shuō),“我們相信MhAX將在當(dāng)前的人類(lèi)疾病的研究,具有廣泛的適用性和超越。”