CRISPR先驅獲得新突破：開發更安全的CRISPR-Cas9基因療法
日期：2016-12-02 09:00:21
人們一直希望用CRISPR-Cas9基因編輯技術治療甚至治愈復雜的神經疾病。帕金森病、亨廷頓舞蹈病和阿爾茨海默癥的現有藥物只能緩解癥狀，無法阻止疾病的發展。“但對于確定了致病基因的疾病來說，基因編輯技術有望永久終止其進程，”加州大學伯克利分校Jennifer Doudna實驗室的博士后Brett Staahl說。
傳統CRISPR-Cas9存在脫靶效應，表達Cas9蛋白也可能引發免疫應答，這兩個問題一直是CRISPR-Cas9走向臨床的主要障礙。現在Staahl和Doudna開發了Cas9核糖核蛋白(RNP)，這種組裝的功能性酶可以降低上述風險。他們在十一月份的美國神經科學年會上展示了自己的研究成果。
“這個RNP由兩部分組成：Cas9蛋白和引導RNA。引導RNA讓RNP短暫結合一個獨特的23bp序列。使用這種RNP可以去除有問題的DNA片段，”Staahl說。
研究人員將Cas9 RNP注射到小鼠大腦進行測試。研究顯示，這種RNP不僅能從神經元成功刪除DNA片段，還可以快速降解，防止有風險的脫靶效應。“Cas9 RNP在大塊組織中傳播開并且編輯細胞。我們看到它編輯的是神經元，而不是星形膠質細胞。我們沒有檢測到任何脫靶編輯或者免疫應答，”Staahl說。“這個技術可以應用于多種神經疾病，安全編輯大腦各個區域的神經元。”
Jennifer A. Doudna教授是CRISPR技術的共同開發者，曾因這一技術獲得了“生命科學突破獎”（Breakthrough Prize），是CRISPR專利的有力競爭者。她領導的研究團隊取得了諸多令人側目的CRISPR研究成果。去年四月Doudna領導的研究團隊在Science雜志上發表文章，為人們揭示了CRISPR-Cmr 復合體結合靶標的具體機制。他們通過冷凍電鏡技術獲得了天然III型Cmr復合體及其與目標RNA結合時的分子結構，獲得了接近原子水平的高分辨率。
去年十月，Doudna及其同事在Nature雜志上發表文章指出，Cas9 的HNH核酸酶結構域構象狀態直接控制了DNA切割活性。他們通過分子內熒光共振能量轉移（FRET）實驗，鑒定了HNH核酸酶結構域的一種激活構象。研究還證實，一個α-螺旋將HNH的構象改變傳達給RuvC結構域，激活它實現DNA切割。
今年年初，Doudna的研究團隊揭示了CRISPR-Cas9準備剪切DNA時的關鍵分子結構。在CRISPR-Cas系統中，Cas蛋白與小CRISPR RNA（crRNA）形成復合體，切割與RNA互補的外源DNA。R-loop是I型和 II型CRISPR-Cas的一個典型特征，基因組編輯常用的sgRNA就會和Cas9形成R-loop。為了闡明R-loop的作用，研究人員通過冷凍電鏡獲得了釀膿鏈球菌Cas9 R-loop的高分辨率結構。
