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CRISPR 表觀遺傳修飾 開啟基因治療新天新地

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美國加州聖地牙哥的索爾克研究所(Salk Institute)研究團隊於表示,他們透過 CRISPR-Cas9 基因編輯技術,來標靶基因,進行表觀遺傳(epigenetic)修飾,此技術能不使雙股 DNA 斷裂(DNA double-strand breaks,簡稱 DSBs),就能影響基因表現。該研究團隊更進一步利用此技術,來治療小鼠的第一型糖尿病、杜氏肌肉萎縮症(Duchenne muscular dystrophy)以及急性腎臟病等,此項研究結果於 12 月 7 日(美國時間),刊登於《細胞》(Cell)期刊。

目前大部分的 CRISPR-Cas9 技術,仍需  DSBs 再進行編輯 ,但會常常因脫靶而影響到治療的療效,然而,該研究團隊創造一個全新系統,此系統主要是透過許多種單鏈導引 RNA(single-guide RNAs,簡稱 sgRNA)來標靶特定的基因座(loci),進行反式表觀修飾(trans-epigenetic remodeling),進而來活化活體內(in vivo)內生性標靶基因。

該研究團隊指出,目前所有第二代 CRISPR-Case 9 標靶基因活化(target gene activation,簡稱 TGA)系統,會與失去活性的 Case9 (dead Cas9,簡稱 dCas9)相互結合形成一個轉錄活化複合物,但是編碼系列常常超過單一個腺相關病毒(Adeno-associated virus,簡稱 AAV)載體的容量。所以他們從 dCas9 分離出轉錄活化子,選擇較短鏈的 sgRNA 來標靶基因座,通常是 14 – 15 個鹼基對(base pairs),並非選擇 20 個鹼基對的 sgRNA 與 Case9 結合來標靶基因座。,活化的 Case9 會導致標靶基因DSBs,而這些較短鏈的 sgRNA 能避免此狀況的發生。

該研究團隊將 Cas9 複合物植入 AAVs 內,並將這些 AAVs 直接注射進入 Cas9 表現的小鼠腦內,然後發現 CRISPR-Cas9 TGA 系統能增加活體內的報導基因(reporter gene)轉錄作用。接著他們先建立急性腎臟損傷、糖尿病、肌肉萎縮症等疾病的小鼠模組,來分析 CRISPR-Cas9 TGA 系統的介入,是否有治療的效果。

研究團隊指出,在急性腎臟損傷小鼠中,藉由 CRISPR-Cas9 TGA 系統標靶 klotho 和 interleukin 10 這二個基因之後,其表現量大幅增加,分別增加 2253 倍與 158 倍,也發現能治療 cisplatin 所造成小鼠的急性損傷。在糖尿病的小鼠中,他們同樣藉由此系統,標靶小鼠的胰臟和十二指腸同源盒基因 1,pancreatic and duodenal homeobox gene 1,簡稱 Pdx1),其基因表現量也明顯增加,進而治療第一型糖尿病。最後他們也成功標靶 utrophin 基因,促使它表現量增加,進而治療杜氏肌肉萎縮症(Duchenne muscular dystrophy)。

未來,AAV-CRISPR-Cas9 TGA 系統若要應用於人體試驗,需考慮人類本身的免疫反應,可能會有對抗此系統的現象,但是此項 CRISPR 表觀遺傳修飾技術,已經為基因治療開啟另外一片天地!

延伸閱讀:CRISPR,將跨入表觀遺傳的修飾

參考文獻:
1. https://www.genomeweb.com/gene-silencinggene-editing/researchers-use-crispr-epigenetically-alter-disease-phenotypes-mice
2. Liao et al. In Vivo Target Gene Activation via CRISPR/Cas9-Mediated Trans-epigenetic Modulation, Cell (2017). DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2017.10.025

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