一種新型基因編輯工具能夠幫助細(xì)胞機(jī)制跳過(guò)導(dǎo)致疾病的基因部分，該工具已被應(yīng)用于阿爾茨海默病小鼠模型中，以減少 β-淀粉樣蛋白斑塊前體的形成。

伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校

12月23日

伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校（University of Illinois at Urbana-Champaign，UIUC）的研究人員表示，該工具（稱為SPLICER）在活體小鼠中的應(yīng)用顯示了其相較于當(dāng)前基因編輯技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方法具有更高的效率，以及在其他疾病中應(yīng)用的潛力。該研究成果由伊利諾伊大學(xué)的生物工程教授 Pablo Perez-Pinera 領(lǐng)導(dǎo)，并發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）雜志上。

研究于2024年11月28日發(fā)表在《Nature Communications》（最新影響因子：14.7）雜志上

SPLICER 采用了一種稱為外顯子跳過(guò)的基因編輯方法，這種方法對(duì)于由產(chǎn)生錯(cuò)誤折疊或有毒蛋白質(zhì)的突變所引起的健康狀況特別感興趣，如杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良癥（Duchenne’s muscular dystrophy）或亨廷頓病（Huntington’s disease）。

Perez-Pinera 說(shuō)：“DNA 包含構(gòu)建負(fù)責(zé)細(xì)胞功能的一切指令。所以它就像一本包含非常詳細(xì)的烹飪指令的食譜。但是，DNA 中有大片區(qū)域不編碼任何內(nèi)容。這就像你開(kāi)始一個(gè)火雞晚餐的食譜，然后你遇到一個(gè)說(shuō)明‘轉(zhuǎn)到第10頁(yè)’的標(biāo)記。第10頁(yè)之后是‘繼續(xù)在第25頁(yè)’。中間的頁(yè)面是胡言亂語(yǔ)。”

“但是，假設(shè)在食譜的一頁(yè)上（在遺傳學(xué)中稱為外顯子）有一個(gè)拼寫錯(cuò)誤，導(dǎo)致火雞無(wú)法食用，甚至有毒。如果我們不能直接糾正這個(gè)拼寫錯(cuò)誤，我們可以在它之前修改說(shuō)明，讓你跳到下一頁(yè)，跳過(guò)有錯(cuò)誤的頁(yè)面，這樣你最終就能做出可食用的火雞。雖然你可能會(huì)錯(cuò)過(guò)被跳過(guò)的頁(yè)面上的肉汁，但你仍然有晚餐吃。同樣地，如果我們能夠跳過(guò)帶有毒性突變的基因片段，那么產(chǎn)生的蛋白質(zhì)仍然可能具有足夠的功能來(lái)發(fā)揮其關(guān)鍵作用。”

SPLICER 在流行的 CRISPR-Cas9 基因編輯平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了關(guān)鍵改進(jìn)。CRISPR-Cas9 系統(tǒng)需要一個(gè)特定的 DNA 序列來(lái)附著，從而限制了可編輯的基因。而 SPLICER 使用了不需要該序列的新型 Cas9 酶，為伊利諾伊大學(xué)研究小組關(guān)注的阿爾茨海默病相關(guān)基因等新靶點(diǎn)打開(kāi)了大門。

Pablo Perez-Pinera教授（中）與研究生Shraddha Shirguppe（左）和Angelo Miskalis（右）

該論文的共同第一作者、研究生 Angelo Miskalis 說(shuō)：“我們?cè)诠ぷ髦?strong>解決的另一個(gè)問(wèn)題是跳過(guò)的內(nèi)容的精確性。使用當(dāng)前的外顯子跳過(guò)技術(shù)，有時(shí)并非所有的外顯子都會(huì)被跳過(guò)，因此我們?nèi)匀挥胁糠中蛄惺俏覀儾幌Ｍ�表達(dá)的。用食譜的類比來(lái)說(shuō)，這就像試圖跳過(guò)一頁(yè)，但新頁(yè)面從中間的一句話開(kāi)始，現(xiàn)在食譜就沒(méi)有意義了。我們想要避免這種情況。”

外顯子周圍有兩個(gè)關(guān)鍵的序列區(qū)域，它們告訴細(xì)胞機(jī)制使用基因的哪些部分來(lái)制造蛋白質(zhì)：一個(gè)在開(kāi)始處，一個(gè)在結(jié)束處。雖然大多數(shù)外顯子跳過(guò)工具只針對(duì)一個(gè)序列，但 SPLICER 會(huì)編輯起始和終止序列。因此，Miskalis 說(shuō)，靶點(diǎn)外顯子被更有效地跳過(guò)了。

研究小組選擇阿爾茨海默病基因作為 SPLICER 治療能力的首次演示靶點(diǎn)，因?yàn)楸M管該靶點(diǎn)基因已被廣泛研究，但在活體中實(shí)現(xiàn)高效外顯子跳過(guò)一直難以實(shí)現(xiàn)。研究人員針對(duì)一個(gè)特定的外顯子進(jìn)行編碼，該外顯子編碼蛋白質(zhì)內(nèi)的一個(gè)氨基酸序列，該序列會(huì)被切割形成 β-淀粉樣蛋白，隨著疾病的進(jìn)展，β-淀粉樣蛋白會(huì)在大腦神經(jīng)元上積聚形成斑塊。

使用SPLICER同時(shí)編輯剪接位點(diǎn)可促進(jìn)外顯子跳躍

在培養(yǎng)的神經(jīng)元中，SPLICER 有效地減少了 β-淀粉樣蛋白的形成。當(dāng)分析小鼠大腦的 DNA 和 RNA 輸出時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)，在經(jīng) SPLICER 處理的小鼠中，靶點(diǎn)外顯子減少了 25%，且沒(méi)有證據(jù)表明存在脫靶效應(yīng)。

該研究的另一位共同第一作者、研究生 Shraddha Shirguppe 說(shuō)：“當(dāng)我們最初嘗試使用舊技術(shù)靶向這個(gè)外顯子時(shí)，它并沒(méi)有起作用。將新型堿基編輯器與雙重剪接編輯相結(jié)合，以比以往任何可用方法都要好得多的速率跳過(guò)了外顯子。我們能夠證明，它不僅能更好地跳過(guò)整個(gè)外顯子，還能減少這些細(xì)胞中產(chǎn)生斑塊的蛋白質(zhì)。”

Perez-Pinera 說(shuō)：“如果產(chǎn)生的蛋白質(zhì)仍然具有功能，外顯子跳過(guò)才有效，因此它不能治療所有具有遺傳基礎(chǔ)的疾病。這是該方法的總體局限性。但是，對(duì)于像阿爾茨海默病、帕金森病、亨廷頓病或杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良癥這樣的疾病，這種方法具有很大的潛力。接下來(lái)的直接步驟是研究在這些疾病中去除靶點(diǎn)外顯子的安全性，并確保我們沒(méi)有創(chuàng)造出一種有毒或缺少關(guān)鍵功能的新蛋白質(zhì)。我們還需要進(jìn)行更長(zhǎng)期的動(dòng)物研究，觀察疾病是否會(huì)隨著時(shí)間的推移而進(jìn)展。”

創(chuàng)立于1867年的伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校

參考文獻(xiàn)

Source：University of Illinois at Urbana-Champaign

Gene editing tool reduces Alzheimer’s plaque precursor in mice

Reference：

Miskalis, A., Shirguppe, S., Winter, J. et al. SPLICER: a highly efficient base editing toolbox that enables in vivo therapeutic exon skipping. Nat Commun 15, 10354 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-54529-y

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       原文標(biāo)題 : 基因編輯工具減少小鼠的阿爾茨海默病斑塊前體