新型基因編輯技術(shù)或能制造出完美的“雙胞胎”多能干細(xì)胞

日前，一項(xiàng)刊登在國(guó)際雜志Nature Communications上的研究報(bào)告中，來(lái)自日本京都大學(xué)等處的研究人員通過(guò)研究開(kāi)發(fā)了一種新型的基因編輯方法，其能夠以較高的準(zhǔn)確度修飾人類基因組中單個(gè)DNA堿基，這種新方法的特殊之處在于其能夠指導(dǎo)細(xì)胞自身的修復(fù)機(jī)制，從而就能為研究疾病相關(guān)的突變提供一對(duì)基因匹配的細(xì)胞。

DNA的單突變俗稱為單核苷酸多態(tài)性（SNPs），其是人類基因組中最常見(jiàn)的突變，如今研究人員已經(jīng)知道有超過(guò)1000萬(wàn)個(gè)SNPs，很多SNPs都與多種人類疾病直接相關(guān)，比如阿爾茲海默病、心臟病和糖尿病等，為了理解SNPs在遺傳性疾病中的關(guān)鍵角色，本文中，研究人員從捐贈(zèng)者機(jī)體中開(kāi)發(fā)出了誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（ips）。

iPS細(xì)胞能夠維持供體的遺傳組成，同時(shí)其還能轉(zhuǎn)化成為機(jī)體中的任何細(xì)胞類型，以這種方式，研究人員就能在實(shí)驗(yàn)室中開(kāi)發(fā)出大腦、心臟或胰腺等組織的細(xì)胞，同時(shí)還能用于進(jìn)行疾病療法的安全性測(cè)試。證明一種SNP能夠誘發(fā)疾病需要對(duì)同基因的ips細(xì)胞進(jìn)行嚴(yán)格的比較，理想的細(xì)胞就是研究人員所描述的等基因“雙胞胎”細(xì)胞，其基因組僅會(huì)出現(xiàn)SNP的差異，然而研究人員表示，開(kāi)發(fā)這種雙胞胎細(xì)胞并非易事。

通常情況下，研究人員需要連同SNP一起添加抗生素耐藥基因來(lái)克服低效性，為了開(kāi)發(fā)出等基因的“雙胞胎”細(xì)胞，研究人員就開(kāi)發(fā)出了新型的基因組編輯技術(shù)，其能夠插入SNP修飾和一個(gè)熒光報(bào)告基因，而熒光報(bào)告基因就能夠作為信號(hào)來(lái)檢測(cè)被修飾的細(xì)胞，隨后研究者在報(bào)告基因的左右兩側(cè)設(shè)計(jì)了一個(gè)短的復(fù)制DNA序列（微同源性），同時(shí)其能作為CRISPR的靶向作用位點(diǎn)。

因此，研究人員就能夠在細(xì)胞中開(kāi)發(fā)出一種內(nèi)源性的DNA修復(fù)系統(tǒng)（微同源介導(dǎo)的末端連接，MMEJ）來(lái)更加精確地移除報(bào)告基因，MMEJ能夠移除熒光報(bào)告基因，僅留下被修飾后的SNP，通過(guò)對(duì)突變的SNP和正常的SNP進(jìn)行重排，這種方法就能有效產(chǎn)生等基因的“雙胞胎”細(xì)胞。研究者Knut Woltjen將這種新型編輯技術(shù)稱作MhAX（Microhomology-Assisted eXcision）技術(shù)，為了讓MhAX發(fā)揮作用，研究人員對(duì)基因組中已經(jīng)存在的序列進(jìn)行復(fù)制，隨后讓細(xì)胞來(lái)解決這種問(wèn)題，同時(shí)細(xì)胞也會(huì)決定哪種SNP會(huì)在修復(fù)之后保留，而進(jìn)行一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)就能夠顯示所有可能的SNP基因型。

研究人員利用MhAX技術(shù)開(kāi)在HPRT和APRT基因中開(kāi)發(fā)出了SNPs，這兩個(gè)基因突變分別于痛風(fēng)和腎臟疾病直接相關(guān)；生化分析結(jié)果表明，攜帶HPRT突變SNP的細(xì)胞會(huì)改變和患者相類似的代謝狀況，同時(shí)等基因的“雙胞胎”對(duì)照細(xì)胞則是正常的。如今研究人員就能夠利用這種新技術(shù)來(lái)制造并且糾正和人類疾病相關(guān)基因中的SNPs。

目前研究人員正在利用胚胎干細(xì)胞進(jìn)行人類糖尿病臨床試驗(yàn)，但需要對(duì)患者進(jìn)行慢性的免疫抑制，對(duì)患者自身的ips細(xì)胞進(jìn)行基因修正或許能夠幫助產(chǎn)生健康的胰腺細(xì)胞，同時(shí)還能降低患者移植后出現(xiàn)的排斥反應(yīng)和概率。最后研究者Woltjen表示，我們的目標(biāo)就是能開(kāi)發(fā)出改善對(duì)疾病發(fā)病機(jī)制理解的新型基因編輯技術(shù)，最終開(kāi)發(fā)出根治疾病的新型療法，我們相信，MhAX技術(shù)在目前多種人類疾病研究中將具有更為廣泛的適用性。