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Nature证实:编辑人类早期胚胎DNA安全有效!

作者: TJU 来源:转化医学网 日期:2017-08-03
导读

         科学家们首次利用基因编辑技术修正了人类早期胚胎中的致病突变。研究人员使用CRISPR-Cas9系统在胚胎发育的最早阶段对导致肥厚型心肌病的基因突变进行了安全修复,使得遗传缺陷不会传给子孙后代。

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        科学家们首次利用基因编辑技术修正了人类早期胚胎中的致病突变。研究人员使用CRISPR-Cas9系统在胚胎发育的最早阶段对导致肥厚型心肌病的基因突变进行了安全修复,使得遗传缺陷不会传给子孙后代。

        该重量级研究成果发表于《自然》杂志,研究由俄勒冈健康与科学大学、韩国基础科学研究院、美国Salk生物学研究所和深圳国家基因库合成与编辑平台合作完成。

        Salk生物学研究所教授兼本文的研究作者Juan Carlos Izpisua Belmonte说:“得益于干细胞技术和基因编辑技术的不断进步,我们终于开始修复影响数百万人的致病基因突变。基因编辑技术仍处于起步阶段,即使这一初步的研究成果被认为是安全有效的。”

        肥厚型心肌病(Hypertrophic cardiomyopathy,HCM),是以心室肌肥厚为突出特征的原发性心肌病,患病率约为1/500,是一种全球性疾病,也是青壮年运动员猝死的主要原因之一。大多数的肥厚型心肌病均由基因突变导致,MYBPC3基因突变是最为常见的遗传突变。具有MYBPC3基因突变的人有50%的概率将其传给后代,所以利用基因编辑技术在胚胎中修复MYBPC3致病突变,为从根本上治愈该种家族性遗传疾病带来了希望。

        研究人员由HCM男性捐赠的皮肤活检中诱导产生多能干细胞,并针对该干细胞开发了基于CRISPR-Cas9的基因编辑策略,该策略将专门针对MYBPC3基因突变进行修复。通过Cas9酶切割靶向突变的MYBPC3基因,通过使用合成的DNA序列或MYBPC3基因的非突变拷贝作为模板,使供体细胞自身的DNA修复机制在下一轮细胞分裂过程中修复MYBPC3突变。

        在该研究中,研究人员使用正常人的卵子和携带MYBPC3杂合致病突变的精子体外受精产生受精卵,将CRISPR-Cas9系统组件注射到早期胚胎中。然后,他们在单细胞水平上分析早期胚胎中的所有细胞的修复情况,以了解CRISPR-Cas9系统如何有效地修复致病突变。

        科学家们惊讶于这种方法的安全性和有效性。结果证实不仅高比例的致病突变得到修复,而且基因修复过程并没有引起任何可检测的脱靶突变和基因组不稳定性,脱靶突变和基因组不稳定性是基因编辑技术的主要问题。此外,研究人员将开发一个更加强大的编辑策略,以确保其在所有细胞中一致地进行突变修复。

        “尽管在培养皿中培养的患者细胞的修复率很低,但是CRISPR-Cas9技术在纠正胚胎细胞中MYBPC3基因突变功能似乎非常强大。”研究人员Jun Wu说,Jun Wu也是该论文的共同作者。研究小组发现,令人惊讶的是,胚胎优先使用内源性野生型基因拷贝作为修复模板进行编辑修复,能够达到极高的修复效率。该研究小组正是利用了早期胚胎特有的DNA修复机制,成功地修复了致病基因突变。

        “我们的研究结果揭示了早期胚胎编辑在单基因遗传病安全防治方面的重大潜力,对基因编辑技术的发展和应用将起到重要的推动作用。”研究人员Izpisua Belmonte补充道。

        参考资料:

        Hong Ma et al. Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos,Nature(2017).DOI: 10.1038/nature23305

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