亨廷頓氏病(Huntingtons disease)是由破壞大腦的突變蛋白引起的一種神經系統疾病,早期表現為情緒波動及不可控制的抽搐,最終可發展成癡呆甚至死亡。在美國大約有3萬人受累于這一疾病,當前沒有治愈的方法。現在一種許多人相信能獲得諾貝爾獎的基因編輯新方法,被證實可在小鼠體內有效阻止缺陷蛋白生成,這給人們帶來了希望:一種有效的亨廷頓氏病治療方法或就在遠處。
這種稱作為CRISPR的新方法,利用了RNA引導酶來剪除或是將DNA片段添加到細胞中。這項研究的領導者、瑞士洛桑大學神經科學家Nicole Déglon說:“這是第一次將CRISPR應用于亨廷頓氏病,生成的結果相當令人鼓舞。”在10月19日芝加哥召開的神經科學學會會議上Déglon與共同作者Nicolas Merienne分享了研究結果。10月20日,《科學》(Science)網站以“Gene-editing method halts production of brain-destroying proteins”為題對這項研究工作進行了新聞報道。
Déglon說,由于亨廷頓氏病受到單基因的影響,是CRISPR治療的一個理想的候選者。亨廷頓氏病是由于編碼正常有益腦蛋白 huntingtin的基因發生突變所致,突變導致了CAG三核苷酸重復序列過度重復,使得蛋白質折疊成了對大腦有害的形狀。Déglon和她的研究小組想知道CRISPR是否可以阻止這一危險分子生成。
利用一種病毒作為突變huntingtin基因的傳送載體,研究人員感染了兩組健康的成年小鼠,但只有一組小鼠接受了治療:一個CRISPR “盒”,其中包含有基因編輯酶Cas9的編碼DNA及靶向huntingtin基因的DNA。CRISPR-Cas9通過“沉默”發送蛋白生成信號的 huntingtin基因組成部分起作用。
研究人員猜測,通過切斷所謂的“起始位點”,他們能夠永久終止huntingtin蛋白合成。如果情況確是如此,用CRISPR盒治療的小鼠幾乎不會有突變蛋白累積,Déglon和研究小組看到的正是如此。僅3周后,兩種小鼠表現出鮮明的對比:未接受CRISPR治療的小鼠大片區域有蛋白質聚集,而接受CRISPR治療的小鼠則幾乎沒有——CRISPR編輯阻止了近90%的劣種蛋白。“阻斷蛋白質生成的效率達到90%完全改變了亨廷頓氏病治療故事。其開辟了基于DNA的治療新策略,因此將讓患者終身持久受益。”
羅切斯特大學轉化神經科學家Abdellatif Benraiss(未參與該研究)警告說,當前的技術還未做好準備實現這樣的長期效應。由于CRISPR還無法區分突變和健康huntingtin基因(個體通常具有一個突變基因及一個健康基因,兩個拷貝的起始位點相同),它會消除所有的huntingtin蛋白,甚至是健康蛋白。
“如果并非對突變huntingtin具有特異性,這是一個令人擔心的地方——并非治療4周或4個月,這將是永久性的。”盡管仍不清楚健康 huntingtin蛋白的作用,人們認為它們參與了諸如轉運物質和傳送化學信號等基本細胞功能。“盡管過多的huntingtin有害,我們仍然需要一個拷貝的基因確保它可以在我們的體內完成工作。”
Déglon已經在探討這種情況。她的研究小組計劃利用CRISPR來靶向DNA序列中稱作為單核苷酸多態性(SNPs)的微小變異。在許多情況下,這些SNPs就定位在DNA序列突變的附近,為研究人員有效標記出了突變。結合這種SNP區分,研究人員計劃在“人源化”小鼠中測試CRISPR -Cas9療法——這些小鼠沒有攜帶小鼠版本的突變huntingtin,而是攜帶了兩個拷貝的人類基因,一個突變一個健康。這種方法將讓這一模型更加接近于反映這種CRISPR在人體中起作用的情況。Déglon說:“故事才剛剛開始。仍然有許多問題有待解答。”
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