CRISPR 表观遗传修饰 开启基因治疗新天新地

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美国加州圣地牙哥的索尔克研究所(Salk Institute)研究团队于表示,他们透过 CRISPR-Cas9 基因编辑技术,来标靶基因,进行表观遗传(epigenetic)修饰,此技术能不使双股 DNA 断裂(DNA double-strand breaks,简称 DSBs),就能影响基因表现。该研究团队更进一步利用此技术,来治疗小鼠的第一型糖尿病、杜氏肌肉萎缩症(Duchenne muscular dystrophy)以及急性肾脏病等,此项研究结果于 12 月 7 日(美国时间),刊登于《细胞》(Cell)期刊。

目前大部分的 CRISPR-Cas9 技术,仍需  DSBs 再进行编辑 ,但会常常因脱靶而影响到治疗的疗效,然而,该研究团队创造一个全新系统,此系统主要是透过许多种单链导引 RNA(single-guide RNAs,简称 sgRNA)来标靶特定的基因座(loci),进行反式表观修饰(trans-epigenetic remodeling),进而来活化活体内(in vivo)内生性标靶基因。

该研究团队指出,目前所有第二代 CRISPR-Case 9 标靶基因活化(target gene activation,简称 TGA)系统,会与失去活性的 Case9 (dead Cas9,简称 dCas9)相互结合形成一个转录活化复合物,但是编码系列常常超过单一个腺相关病毒(Adeno-associated virus,简称 AAV)载体的容量。所以他们从 dCas9 分离出转录活化子,选择较短链的 sgRNA 来标靶基因座,通常是 14 – 15 个碱基对(base pairs),并非选择 20 个碱基对的 sgRNA 与 Case9 结合来标靶基因座。,活化的 Case9 会导致标靶基因DSBs,而这些较短链的 sgRNA 能避免此状况的发生。

该研究团队将 Cas9 复合物植入 AAVs 内,并将这些 AAVs 直接注射进入 Cas9 表现的小鼠脑内,然后发现 CRISPR-Cas9 TGA 系统能增加活体内的报导基因(reporter gene)转录作用。接着他们先建立急性肾脏损伤、糖尿病、肌肉萎缩症等疾病的小鼠模组,来分析 CRISPR-Cas9 TGA 系统的介入,是否有治疗的效果。

研究团队指出,在急性肾脏损伤小鼠中,借由 CRISPR-Cas9 TGA 系统标靶 klotho 和 interleukin 10 这二个基因之后,其表现量大幅增加,分别增加 2253 倍与 158 倍,也发现能治疗 cisplatin 所造成小鼠的急性损伤。在糖尿病的小鼠中,他们同样借由此系统,标靶小鼠的胰脏和十二指肠同源盒基因 1,pancreatic and duodenal homeobox gene 1,简称 Pdx1),其基因表现量也明显增加,进而治疗第一型糖尿病。最后他们也成功标靶 utrophin 基因,促使它表现量增加,进而治疗杜氏肌肉萎缩症(Duchenne muscular dystrophy)。

未来,AAV-CRISPR-Cas9 TGA 系统若要应用于人体试验,需考虑人类本身的免疫反应,可能会有对抗此系统的现象,但是此项 CRISPR 表观遗传修饰技术,已经为基因治疗开启另外一片天地!

延伸阅读:CRISPR,将跨入表观遗传的修饰

参考文献:
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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