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中国科大在基因编辑视网膜感光细胞治疗遗传性致盲疾病中取得进展

时间:2019-04-18 12:23:21 来源:合肥微尺度物质科学国家研究中心

  中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心薛天教授研究组与中国科学院神经科学研究所仇子龙研究员研究组合作,结合视觉神经生物医学与创新基因编辑技术,首次通过同源重组修复方法(Homology directed repair, HDR)在小鼠视网膜非分裂感光细胞中实现精准基因修复,让视网膜色素变性小鼠重获部分视觉功能。该研究成果以“In vivo genome editing rescues photoreceptor degeneration via a Cas9/RecA-mediated homology-directed repair pathway”为题,于2019年4月17日在线发表于国际权威学术期刊《Science Advances》。


  视网膜色素变性作为一种常见的遗传性眼科疾病,其表征为患者视网膜内感光细胞逐渐退化。在出生后伴随着严重的夜盲,视觉区域逐渐减小直至彻底失明。至今尚无治疗视网膜色素变性的有效治疗手段。CRISPR-Cas9基因编辑是治疗遗传性疾病的潜在手段之一,其切割基因组之后一般会发生两种DNA修复机制:非同源末端连接(NHEJ)和同源重组修复(HDR)。由于HDR可以精准的把错误基因根据模板修复为正确的序列,因此其具有更为优秀的治疗遗传性疾病的潜力。直接基因编辑修复受遗传突变影响器官的成体细胞,可以在定点的恢复受累器官功能的同时又不触及生殖细胞,是安全有效的基因编辑治疗遗传疾病的策略。然而自然发生的HDR修复依赖于细胞有丝分裂,对于出生后失去分裂能力的多种体细胞(例如感光细胞)来说,HDR发生效率极低,难以实现在体基因修复。这成为阻碍CRISPR-Cas9基因编辑技术用于成体体细胞治疗遗传性疾病的关键点。


  为了解决上述问题,实现HDR同源重组修复对视网膜色素变性等遗传性疾病的精准治疗,薛天教授研究组同仇子龙研究员研究组合作,在CRISPR/Cas9基础上,创新性引入MS2-RecA复合蛋白系统。RecA为原核表达的可促进同源重组的蛋白酶。通过改造获得具有MS2结合区的向导RNA,使MS2可以与其结合;这样MS2-RecA复合蛋白得以在DNA切割部位附近招募更多的模板DNA,并协助同源重组的发生,从而提高在体同源重组修复的效率。这种利用Cas9/RecA的新型基因编辑方法被称为Targeted-RecA Enhanced homology-Directed repair,简称TRED。通过这一方法,成功地实现了TRED矫正非分裂期感光细胞的基因突变,在基因水平、cDNA水平和蛋白水平上,修复了视网膜内视杆细胞的视网膜色素变性突变,遏制部分视杆和视锥细胞的退化,修复视网膜色素变性小鼠的部分视觉感光能力(见下图)。


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  上述实验显示新型TRED基因编辑方法有效的实现了出生后非分裂细胞的同源重组基因矫正和相关器官功能修复,由于能够解决非分裂细胞内难以进行同源重组修复的限制,TRED有可能广泛应用于多种人类遗传疾病的在体治疗。


  中国科大博士生才源、姚艺川和中科院神经所程田林为该文章的共同第一作者,中国科大薛天教授、章梅副研究员和神经所仇子龙研究员为该文章的共同通讯作者。该研究得到基金委、科技部、中科院战略性先导科技专项资助。该课题也是国际科研资助机构“人类前沿科学计划 (Human Frontier Science Program)”的青年科学家资助项目。


  论文链接 https://advances.sciencemag.org/content/5/4/eaav3335


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