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Nature子刊: 基因编辑工具预防“贝多芬”小鼠听力受损

2019年07月10日 浏览量: 评论(0) 来源:生物探索 作者:生物探索 责任编辑:admin
摘要:近日,哈佛医学院和波士顿儿童医院的科学家们使用一种新的基因编辑方法,挽救遗传性听力受损小鼠,并且没有任何明显的脱靶效应。该研究结果在线发表在《Nature Medicine》杂志上。

近日,哈佛医学院和波士顿儿童医院的科学家们使用一种新的基因编辑方法,挽救遗传性听力受损小鼠,并且没有任何明显的脱靶效应。该研究结果在线发表在《Nature Medicine》杂志上。

https://www.nature.com/articles/s41591-019-0500-9

研究人员将携带有缺陷TMC1基因的小鼠称之为贝多芬小鼠。该基因的DNA序列中有一个错误——腺嘌呤A取代了胸腺嘧啶T,这会导致小鼠听力受损。在人体中,如果Tmc1基因发生突变会导致听力逐渐丧失,甚至在25岁左右失聪。

新的CRISPR系统精准切割

哈佛医学院Blavatnik研究所的科学家改进了传统的CRISPR -Cas9系统,更好地识别引起耳聋的基因突变。传统CRISPR-Cas9基因编辑系统是通过引导分子gRNA来识别靶突变体DNA序列。一旦确定了目标DNA,切割酶Cas9就会剪断它。

但是CRISPR的准确度并非完美无缺,传统Cas9酶并不能完全精确地到达靶点位置指导RNA切割,很有可能造成脱靶现象。

为了解决这个问题,研究人员开发新的基因编辑系统,它替换了传统来源于酿脓链球菌的Cas9酶,采用了源于金黄色葡萄球菌的Cas9酶。

准确切割,无脱靶效应

在初步试验中,研究人员对含有Tmc1基因变异的细胞进行观察发现,修改后的基因编辑系统能够准确区分突变的DNA和Tmc1基因副本中正常的DNA。进一步分析显示,在包含有一个缺陷基因和一个正常基因的细胞中,至少有99% 的CRISPR-Cas9切割只发生在缺陷基因拷贝中。

接下来,研究人员将基因编辑疗法注射到小鼠的内耳中。DNA分析表明,基因编辑活动只发生在贝多芬缺陷小鼠的内耳细胞中。在没有基因变异的小鼠内耳细胞中没有检测到基因编辑的迹象,这一发现证实了该工具的准确性。

为了确定基因编辑疗法是否干扰了正常的基因功能,科学家刺激没有Tmc1基因缺陷同样接受治疗的小鼠的听觉细胞。结果显示并小鼠的听力并没有异常,这证明基因编辑疗法对正常基因功能没有影响。

听力恢复与健康老鼠无差别

为了证明这种疗法不仅仅是对细胞有效,研究人员还对小鼠进行了听力黄金标准测试。他们测量了小鼠的听觉脑干反应,他们捕捉了内耳毛细胞传递到大脑的声音量。

检测发现,接受基因编辑治疗两个月后,贝多芬小鼠的听力明显好于未接受基因突变治疗的小鼠。经过治疗的老鼠能够探测到45分贝左右的声音,这相当于正常谈话的音量,与健康老鼠几乎没有区别。更令人鼓舞的是,接下来近一年中小部分经过治疗的贝多芬小鼠情况稳定,接近正常的听力。

如果不进行治疗,贝多芬小鼠会在在6个月大时就完全失聪。相比之下,没有遗传缺陷的老鼠一生都能保持正常的听力,并能探测到30分贝左右的声音。

Jeffrey Holt 图片来源:哈佛大学官网

波士顿儿童医院耳鼻喉科和神经病学教授Jeffrey Holt表示:“我们的工作为由一个缺陷基因副本引起的遗传疾病打开了一扇精准治疗的大门。当然这只是万里长征的第一步。不过我们证明了,这种高度特异性、高度靶向的治疗方法可以被开发出来,选择性地抑制携带单个基因突变。这有望治疗更多其他形式的人类疾病。”

参考资料:

[1] Optimized gene-editing tool prevents hearing loss in mice with hereditary deafness without detectable off-target effects

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