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CRISPR首次成功编辑T细胞,成三大多发疾病救星

CRISPR技术成功编辑T细胞

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CRISPR-Cas9系统如暴风般横扫基因组学领域,被称为第三代基因编辑技术,它很容易地结合并切割特异DNA序列、失活基因,靶向基因疗法治愈遗传疾病,及发现疾病的病因带来了巨大的希望。 


Cas9是CRISPR系统中完成DNA切割及插入新遗传序列的一种酶,研究人员通常是采用病毒或是质粒将其导入到细胞中,然后在一个单独的步骤中,将引导Cas9去到DNA中特异切割位点的单向导RNA也置于细胞中。


尽管研究人员通过插入或删除随机序列在关闭基因方面取得了一些成功,但他们一直无法利用CRISPR/Cas9敲入特异新序列来纠正T细胞中的突变。采用CRISPR/Cas9来编辑人类T细胞仍然效率低下,只有相对很小比例的细胞成功获得改造,对人类T细胞基因组进行有效而专一的编辑仍然是一个挑战。


近日,由加州大学旧金山分校的研究人员牵头的一个研究项目中,科学家们设计出了一种基于基因组编辑系统CRISPR/Cas9的新策略来精确改造人类T细胞,为开展T细胞功能研究提供了一个万能的新工具,并为开发基于CRISPR/Cas9的疗法来治疗许多严重的健康问题提供了一条新途径。 


谁来改造T细胞的?


在CRISPR研究领域,无外乎几位大牛,麻省理工学院的张锋(Feng Zhang)博士、哈佛医学院著名的遗传学教授George M. Church以及一直跟“张锋”教授打官司的CRISPR女神——来自加州大学伯克利分校的Jennifer A. Doudna博士。


此项研究成果发表在7月27日的《美国国家科学院院刊》(PNAS)上,共同作者是加州大学旧金山分校Alexander Marson实验室的博士后研究人员Kathrin Schumann和Jennifer A. Doudna实验室的博士后研究人员Steven Lin。


为什么选择改造T细胞?


T淋巴细胞来源于骨髓的多能干细胞,在人体胚胎期和初生期,骨髓中的一部分多能干细胞或前T细胞迁移到胸腺内,在胸腺激素的诱导下分化成熟,成为具有免疫活性的T细胞,在糖尿病、艾滋病到癌症等广泛疾病中都发挥着重要作用。趋化因子受体CXCR4是趋化因子基质细胞衍生因子-1(CXCL12)的特异受体,也是T细胞表面的一个免疫受体编码,对免疫细胞具有强烈的趋化作用。


由于能够在几乎所有的生物体中简单、廉价地编辑遗传信息,CRISPR/Cas9系统让公众及科学家们为之神往;T细胞可随血液循环具有易采集的特点,用CRISPR/Cas9进行编辑,再输回患者体内发挥治疗效应,是实现CRISPR/Cas9技术医疗应用一个显而易见的候选者。


如何改造T细胞的?


研究人员通过简化将Cas9和单向导RNA到细胞中去的过程,成功地编辑了CXCR4和PD-1,甚至敲入新序列替换了这些蛋白质中的一些特异遗传“字母”,有效而专一地编辑了让艾滋病病毒成为可能的CXCR4受体的DNA序列;


随后,他们使得T细胞表面的CXCR4蛋白丧失功能——HIV利用了这一蛋白来感染T细胞引起艾滋病;并利用细胞表面表达的一些标记物分选了这些细胞,帮助提取出了可用于研究,并最终用于治疗用途的成功编辑的细胞。


除此之外,研究小组还成功地关闭了PD-1——这一蛋白在新兴的癌症免疫治疗领域吸引了众多科学家的密切关注,研究证实采用一些药物来阻断PD-1可以诱导T细胞攻击肿瘤。


导师们如何看待这项研究?


论文的作者之一Schumann表示,长期以来,我们一直在设法用质粒或慢病毒导入Cas9,然后在细胞中分别表达单向导RNA。利用细胞外生成的RNPs,使得细胞负责这一过程尽可能少的部分,便产生了很大的不同。


他的导师Marson博士补充道,事实上采用CRISPR/Cas9编辑T细胞基因组是相当困难的,人类T细胞中进行基因组编辑是该领域一个显著的挑战。他们花了一年半的时间来设法在功能性T细胞中优化编辑。由于有着许多潜在的治疗用途,希望这些基础研究能尽快转化为科学应用。他还强调,尽管近期采用CRISPR/Cas9编辑人类胚胎的研究报道引发了极大的争议,T细胞是在每个个体中重新生成,因此遗传改造不会传递给下一代。他希望一些基于Cas9的疗法将能够在未来进入到临床中治疗T细胞相关疾病,包括一些自身免疫疾病及诸如“气泡男孩症”等免疫缺陷。


Jennifer A. Doudna教授表示,该研究是朝着将CRISPR/Cas9编辑能力转化到人类生物学和医学应用中的重要一步。


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