新型 CRISPR 用“騙術”來編輯基因

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從學術研究的基本工具走入臨床基因治療範疇,CRISPR提供了生物醫學領域更多可能性。然而,當一個技術占有不可取代的地位之時,他的安全性與穩定性將更顯重要。CRISPR基因編輯技術可以剪輯、置換、編修DNA序列,透過破壞目標基因的起始點序列則可達到關閉基因表現的目的,然而,在基因編輯的過程中,可能會引發其他問題,例如DNA序列在目標基因以外的位置斷裂、斷裂的DNA重新附著到不同的染色體上等等,尚待科學家逐一克服。

CRISPR-SKIP 跳脫舊有基因編輯方式

伊利諾大學香檳分校的研究人員近期在 CRISPR 技術改良上有了新進展,其研究成果發表在《Genome Biology》期刊中,,透過結合「單鹼基編輯」等高精確度的技術,使得基因編輯更具準確性。團隊提出一種稱為 CRISPR-SKIP 的基因編輯方法。可以選擇性地從跳過含突變的外顯子,同時保持其他正常區域的完整性。CRISPR-SKIP 技術不會破壞 DNA序列,而是改變目標 DNA 序列中的單點位置,使細胞在將其轉錄成 RNA 時跳過一小部分的序列,從 DNA 和 RNA 定序結果來看,CRISPR-SKIP 技術可以靶向特定鹼基並且高效的跳過外顯子序列,且不同靶向的 CRISPR-SKIPs 還可以在一個基因中跳過多個外顯子。此方法不僅可以用來消除突變的基因序列,還可以影響基因的表達和調控方式。未來將可應用於治療由基因突變引起的遺傳性疾病,如杜興氏肌營養不良症 (Duchenne Muscular Dystrophy)、亨廷頓氏病(Huntington Disease)以及某些癌症等。

伊利諾大學香檳分校生物工程學教授 Pablo Perez-Pinera 表示:「鑑於傳統基因編輯存在破壞 DNA 的問題,我們必須找到改變基因編輯的方式,而 CRIPSR-SKIP 技術可以在不破壞 DNA 的情況下調控基因表現。」

誘騙細胞,改變基因表現位置

在哺乳類動物細胞中,基因可被大致分為編碼區的外顯子序列以及非編碼區等兩種 DNA 序列。細胞將基因序列轉錄成 RNA 時,會依照 DNA 序列中的信號來辨認外顯子區域。CRISPR-SKIP 則是透過基因編輯的方式,在外顯子序列開始之前,改變單個鹼基,使細胞將此外顯子區域辨認成非編碼區域來讀取,用此誘騙方式改變基因表現位置。當細胞將外顯子視為非編碼區時,此段外顯子序列將不會出現在成熟的 RNA 序列中,透過這個方法,可有效地去除相對應的氨基酸,改變蛋白質產物的活性、功能等。

缺少部分氨基酸的蛋白質,仍可保留部分或完全的活性,而這樣的少許改變,卻足以改善或治癒某些遺傳疾病,當有需要重新開啟外顯子,可簡單地透過逆向的方式達成。目前,研究團隊已經在健康與罹患癌症的小鼠和人類等多種細胞系中測試 CRISPR-SKIP 的技術,並嘗試提高 CRISPR-SKIP 的靶向特異性,以便更接近臨床應用的需求,更安全且精準的基因療法指日可待。

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文/ Alma、Ching-Hsu Yang

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參考資料:https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-018-1482-5