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当基因编辑遇到病毒载体-精确的CRISPR+rAAV(含研究进展)

2017-05-13 00:37:50基因疗法最前沿

针对CRISPR专利,欧美大陆仍然激战,但已经有许多人对基因编辑的应用达到了前所未有的高度——实现了CRISPR技术和rAAV技术的灵活应用。对CRISPR大家已不陌生,而低调的rAAV可能还不不为大家所知。


 

CRISPR基因编程技术的发现来自细菌抵抗病毒入侵的免疫机制。CRISPR(Clusteredregularly interspaced short palindromic repeats)是对细菌基因组中某种特殊重复序列结构的简称,即成簇规律间隔的短回文重复序列。当同样的病毒再次感染细菌时,这些由于病毒感染细菌后在细菌基因组中形成的特殊重复序列,可以根据入侵病毒DNA序列的特点,形成特异且互补靶序列的引导RNA(guide RNA), 并与细菌自身的Cas9核酸酶(常用能切割双链DNA的蛋白)形成复合物,使原本非特异性的Cas9核酸酶活性转化为能特异性切割双链DNA的作用,达到特异性抗病毒的免疫防御目的。


 


 

rAAV,全称重组腺相关病毒。相对于炒得火热的CRISPR/Cas9,rAAV 虽然低调,但并不简单。首先,它能将外源基因有效地整合入宿主染色体上,介导目的基因在宿主中长期、稳定地表达。其次,它十分精确,非常适合单点突变。更为重要的是,该整合过程中细胞利用同源重组(Homologous Recombination)的原理进行DNA修复,错误率极低。因此几乎不存在脱靶效应,所以能够做基因治疗。这一点是CRISPR无法达到的。


AAV病毒本身对人体并无致病性,迄今从未发现野生型AAV对人体致病,并且绝大多数人(80%以上)本身就携带AAV。重组AAV去除了野生型AAV基因组的96%,进一步保证了安全性,因此被批准用来作为基因治疗的工具。


 


 

        最近2年, 利用AAV搭载CRISPR/Cas9取得较大进展,尤其在基因治疗及模式动物研究中进展明显,这里小编进行整理,以飨读者。


 

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基因治疗研究


传统基因治疗(gene therapy)技术通常是通过导入正常基因的方式来治疗基因缺陷相关的相关遗传性疾病,而新一代基因编辑技术CRISPR的出现,使其在基因治疗方面的优势更加显而易见的。该技术不仅可以对任何真核生物细胞基因进行敲除,而且可以对特定基因进行替换和改造,避免了转入基因随机插入基因组,造成癌基因激活等潜在风险。因此,CRISPR技术有可能成为现代基因治疗技术广泛应用于人遗传性疾病等防治的更优选择。而应用CRISPR基因编辑与rAAV技术可以精准而简便的敲除与疾病发生发展相关的基因达到防治疾病的目的。


1、Cell: 科学家利用AAV搭载CRISPR/Cas9成功校正PRKAG2突变疾病(201601)。


 


 

2、Gene Therapy:科学家首次利用AAV搭载CRISPR/Cas9成功从活体动物基因组中切除了HIV-1 DNA(201605)。


 

MolecularTherapy:科学家利用AAV搭载CRISPR/Cas9基因编辑技术,多靶点高效剔除人源化小鼠多个器官组织中的人类 HIV 病毒(201705)。


 


 

 

3、Nature Biotechnology:科学家利用AAV搭载CRISPR/Cas9特异性导入肝细胞,成功逆转罕见代谢疾病(酪氨酸血症1型、鸟氨酸转氨甲酰酶缺乏症等)(201602)。


 


 

4、《medicalxpress》:科学家首次利用AAV搭载CRISPR/Cas9成功纠正小鼠凝血功能(201612)。


 

EMBO Molecular Medicine》科学家利用AAV搭载CRISPR/Cas9介导新凝血因子IX基因突变的体细胞纠正,可改善小鼠的血友病(201703)。


 


 

5、 《Science》三篇CRISPR/Cas9基因编辑技术应用于DMD基因治疗的论文,科学家利用AAV搭载CRISPR/Cas9成功治疗DMD(201512)。


《Molecular Therapy》科学家利用AAV搭载CRISPR/Cas9成功治疗患杜氏肌营养不良症的成体小鼠,这种方法可以识别和纠正防止产生肌营养不良蛋白的外显子突变。临床前数据显示,这种方法有可能永久修复多达80%的患有该DMD的儿童(201605)。


 

Molecular Therapy针对肿瘤病人中存在的严重肌肉萎缩病症,科学家利用AAV搭载CRISPR/Cas9在体特异靶向敲除肌肉组织中的肌生成抑制素达到延缓肌肉萎缩的治疗目的(201612)。


 


 

6、《Molecular Therapy》科学家利用AAV搭载CRISPR/Cas9去除遗传缺陷治疗遗传性疾病,阻止患有一种遗传性失明的大鼠的视网膜变性(201601)


《Nature》科学家利用AAV搭载CRISPR/Cas9的创新型基因编辑技术,高效对不分裂细胞进行基因编辑,部分恢复视网膜色素变性小鼠视力(201611)。


《Nature Communications》利用AAV将CRISPR/CjCas9递送的到小鼠肌细胞和眼睛里,用来编辑导致失明的基因(201702)。


《Nature Communications科学家利用AAV搭载CRISPR/Cas9,成功在视网膜变性小鼠中阻止了视网膜色素变性(201703)。


《Cell research》研究人员利用AAV搭载CRISPR/Cas9,修复突变的杆状光学受体,使其功能恢复正常,这一技术成功地使两种不同类型的患有视网膜退行性疾病的小鼠的视力恢复了正常(201704)


 

 


7、《The International Journal of Biochemistry & Cell Biology》研究人员通过AAV搭载CRISPR/Cas9成功将一个调节糖尿病相关的基因敲除,结果发现可以减少胰岛β细胞死亡,增加胰岛素分泌(201703)。


 

  


 

8、利用CRISPR技术,借助AAV病毒载体,成功构建小鼠TRAC基因敲除并具有抑制肿瘤细胞生长的CAR-T细胞,用该基因特定敲除的CAR-T细胞治疗肿瘤细胞移植小鼠,可显著延长修饰小鼠存活时间。


 


在过去20多年,传统基因疗法经历了大起大落的不同时期。新一代CRISPR基因编辑技术的出现及其近几年的快速发展,又一次为基因治疗带来了新的生命与希望。通过AAV搭载CRISPR/Cas9使传统基因疗法治疗遗传性疾病更加有效与方便,相信二者结合会在不远的将来给我们带来更多惊喜与希望。