直到最近，CRISPR-Cas9基因編輯技術才能用于操縱DNA。在2016年的一項研究中，加州大學圣地亞哥分校醫(yī)學院的研究人員利用一種稱為RNA靶向Cas9(RCas9)的方法重新利用該技術追蹤活細胞中的RNA。在8月10日發(fā)表于Cell的一項新研究中，研究小組更進一步研究RCas9：他們利用該技術糾正導致微衛(wèi)星重復擴增疾病的分子錯誤，其中包括1型和2型肌強直性營養(yǎng)不良，這是最常見的遺傳性疾病。 ALS和亨廷頓氏病。

“這很令人興奮，因為我們不僅針對目前尚無延遲進展的疾病的根本原因，而且我們重新設計了CRISPR-Cas9系統(tǒng)，以便將其傳遞給特定組織。通過病毒載體，“資深作者Gene Yeo博士說，加州大學圣地亞哥分校醫(yī)學院細胞與分子醫(yī)學教授。

雖然DNA就像建筑師的細胞藍圖，但RNA是工程師對藍圖的解釋。在生命的中心法則中，在細胞核中編碼的基因被轉(zhuǎn)錄成RNA，RNA將信息傳遞到細胞質(zhì)中，在細胞質(zhì)中它們被翻譯成蛋白質(zhì)。

微衛(wèi)星重復擴增疾病的產(chǎn)生是因為RNA序列中存在對細胞有毒的錯誤重復，部分原因是它們阻止了關鍵蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。這些重復的RNAs積聚在細胞的細胞核或細胞質(zhì)中，形成密集的結(jié)，稱為焦點。

在這項概念驗證研究中，Yeo的團隊使用RCas9來消除與患者來源細胞中的微衛(wèi)星重復擴增疾病相關的引起問題的RNA以及實驗室中疾病的細胞模型。

通常，CRISPR-Cas9的工作方式如下：研究人員設計了一種“指導”RNA，以匹配特定靶基因的序列。RNA將Cas9酶引導至基因組中的所需位點，在此處切割DNA。細胞不精確地修復DNA斷裂，從而使基因失活，或者研究人員用修正版本的基因替換切口附近的切片。RCas9的作用相似，但指導RNA將Cas9指向RNA分子而不是DNA。

研究人員在實驗室中測試了新的RCas9系統(tǒng)對微衛(wèi)星重復擴增疾病RNA的影響。RCas9消除了95%或更多與1型和2型肌強直性營養(yǎng)不良相關的RNA病灶，一種ALS和亨廷頓氏病。該方法還消除了在實驗室培養(yǎng)的肌強直性營養(yǎng)不良患者細胞中95%的異常重復RNA。

成功的另一個衡量標準集中在MBNL1上，MBNL1是一種通常與RNA結(jié)合的蛋白質(zhì)，但是在1型肌強直性營養(yǎng)不良的RNA病灶中與數(shù)百個天然RNA靶標隔離開來。當研究人員應用RCas9時，它們逆轉(zhuǎn)了93%的這些功能失調(diào)的RNA患者肌肉細胞中的靶標，細胞最終與健康對照細胞相似。

Yeo解釋說，雖然這項研究提供了該方法在實驗室中起作用的初步證據(jù)，但在對患者進行RCas9檢測之前還有很長的路要走。

一個瓶頸是將RCas9有效遞送至患者細胞。非感染性腺相關病毒通常用于基因治療，但它們太小而不能將Cas9保持在靶DNA上。Yeo的團隊通過刪除DNA切割所必需的蛋白質(zhì)區(qū)域來制作較小版本的Cas9，但是對于結(jié)合RNA是不必要的。

“我們還不知道的主要問題是，向細胞提供RCas9的病毒載體是否會導致免疫反應，”他說。“在此之前，我們需要在動物模型中進行測試，確定潛在的毒性并評估長期暴露。”

為此，Yeo及其同事啟動了一家名為Locana的衍生公司，以處理將RCas9從實驗室轉(zhuǎn)移到診所所需的臨床前步驟，用于基于RNA的疾病，例如微衛(wèi)星重復擴增引起的疾病。

“我們對這項工作感到非常興奮，因為我們不僅為CRISPR-Cas9定義了一種新的潛在治療機制，我們還展示了它如何用于治療沒有成功治療方案的整類疾病，”David Nelles說。 ，博士，該研究的共同第一作者，Ranjan Batra博士，他們都是Yeo實驗室的博士后研究人員。

“基因組中不同位置的微衛(wèi)星擴增導致20多種遺傳性疾病，”Batra說。“我們對RCas9系統(tǒng)進行編程以針對不同重復進行編程的能力，以及脫靶效應的低風險，是其主要優(yōu)勢。”