鋅指技術首創者Nat Methods：替代基因治療的新方法

日期：2012-07-02 08:40:18

來自斯克里普斯研究所的科學家們發現了一種驚人簡單及安全的破壞細胞內特異基因的新方法。科學家們證實其可作為實驗性基因治療一種更安全的替代用于對抗HIV感染，由此顯示了這一新技術的醫療潛力。相關論文發表在7月1日的《自然方法》（Nature Methods）雜志上。

“我們證實我們可以修飾細胞的基因組，且不會出現長期以來傳統基因治療技術相關的麻煩，”文章的資深作者、斯克里普斯研究所分子生物學和化學教授Carlos F. Barbas III說。

這一新技術采用了鋅指核酸酶（ZFN）蛋白，其可以在基因組精確位點結合和切割DNA。當前ZFNs正開始廣泛應用于科學實驗和潛在疾病治療，其通常是采用具有潛在風險的基因治療方法傳遞到細胞中。

斯克里普斯研究所的科學家將ZFN蛋白直接添加到了培養皿中的細胞上，發現蛋白質進入了細胞，以高效率和最小的附帶損害完成了它們的基因剪切功能。

美國國立衛生研究院（NIH）下屬國立普通醫學科學研究所轉錄機制基金與NIH先鋒獎監管者Michael K. Reddy說：“這項工作消除了有效利用ZFN蛋白作為一種人類基因治療工具的主要瓶頸。Barbas博士的方法‘簡單’測試了這一想法：ZFNs可能具有固有的細胞穿透能力。它證明了Barbas博士極富創意的品性，更一步地驗證了將其作為2010年NIH先鋒獎得主的選擇。”

質疑假設

ZFNs發明于20世紀90年代中期，是由兩種類型的蛋白質制成的人工構成物：一種“鋅指”結構設計用于結合特異的短DNA序列，和一種可以細胞無法輕易修復的方式在結合位點切割DNA的核酸酶。Barbas在90年代初第一個發明了獨創的技術生成了可用于將核酸酶引導至靶向基因的鋅指蛋白。

科學家們過去認為ZFN蛋白不能穿過細胞膜，因此標準的ZFN傳遞方法一直是一種基因治療技術，采用相對無害的病毒攜帶設計的ZFN基因進入到細胞中。一旦進入，ZFN基因就會開始生成ZFN蛋白，進而尋找和摧毀細胞DNA中的靶基因。

基因治療方法的一個危險就是病毒DNA，即便不是逆轉錄病毒，也可能最終會被隨機插入到細胞DNA中，破壞諸如腫瘤抑制基因等有用基因。另一個風險就是這種傳遞方法，ZFN基因將最終生成太多的ZFN蛋白，導致大量的“脫靶”DNA切割。“病毒傳遞方法涉及大量脫靶損害，”Barbas說。

在新研究中，Barbas和同事們著手尋找一種更安全的ZFN傳遞方法，不涉及將病毒或其他遺傳材料導入細胞中。他們開始對攜帶幫助穿透細胞膜的額外蛋白質片段的ZFN蛋白進行了實驗，但卻發現這些修飾的ZFNs很難以有用的數量生成。最終，科學家們意識到普通ZFNs的鋅指部分具有的特性有可能能使蛋白自己穿過細胞膜。