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CRISPR小基因方法可阻止小鼠遗传性肝病

宾夕法尼亚州宾夕法尼亚大学的研究人员在《科学进展》在线发表的新概念验证研究中报告说,一种新的CRISPR基因编辑技术可以预防已知由数百种不同突变驱动的遗传性肝病并改善小鼠的临床症状。研究结果表明,一种有前途的CRISPR工具可以潜在地治疗因酶,鸟氨酸转氨甲酰酶(OTC)不足以及同一基因的不同突变引发的其他遗传性疾病引起的罕见的代谢尿素循环异常的患者。

CRISPR方法建立在Penn Medicine以前开发的方法的基础上,该方法仅限于纠正一种突变-它对新生小鼠有益,但对成年小鼠却无益。这次,这项技术采用了一种新型的双重腺相关病毒(AAV)来传递其成分,从而在基因组中插入了一个“小基因”以在肝细胞中实现OTC的持续表达。作为“剪切”和“粘贴”方法。没有纠正突变,而是向细胞添加了一组新的指令。结果,研究人员观察到新生小鼠的临床益处持续到成年。

医学教授,基因治疗计划和孤儿疾病中心主任詹姆斯·威尔逊博士说:“就像大多数对新生儿具有致命影响的遗传病一样,长期有效的早期治疗至关重要。”在宾夕法尼亚州。“在这里,我们向前推进了CRISPR方法,不仅可以维持细胞中OTC的表达,而且可以扩展该工具的能力。我们的目标是最终从动物身上转化这种基因编辑方法,以治疗患有OTC障碍和其他遗传疾病的患者分散在整个基因中的突变,而不是单个的主要突变。”

OTC疾病发现于近40,000例婴儿中,其中一项来自OTC基因上的300多种不同突变。由于这些突变发生在X染色体上,因此通常在男性中发现,而女性是携带者。尿素循环是一系列六种肝脏酶,有助于排出体内的氨。当这些酶之一缺失或不足时,氨会在血液中积聚并流向大脑,这可能会导致脑损伤甚至死亡。为了治疗该疾病,患者服用药物以刺激替代的氮清除途径,或者在严重的情况下,可以进行肝移植。但是,这些患者的死亡率仍然很高,因此需要更新,更有效的疗法。

为了开发广泛适用的基因组编辑工具,研究小组构建了一个新的双重AAV载体,其中包含一种称为Cas9的RNA指导细菌蛋白,这是一种快速可靠的方法,可以在细胞中发现和操纵基因。宾夕法尼亚州开发的这种载体被称为AAV8,对肝细胞具有特异性。第二个AAV包含一个功能齐全的“小基因”,它表达密码子优化的人类OTC(供体DNA),由肝脏特异性启动子驱动,以确保其仅在注入血液后在肝细胞中表达。

第一步是在基因的靶向位点通过Cas9在DNA中产生一个断裂(“切割”),这为在所谓的同源性定向修复或HDR( “糊”)。

“与其他删除或修饰正常基因一部分的CRISPR方法不同,该技术整合了新的一部分,”第一作者,医学研究副教授王丽丽博士说。“我们没有试图纠正阻止肝细胞产生OTC的突变,我们正在添加这种新的小基因,这样细胞就可以了。”

用靶向载体治疗的小鼠在第3周和第8周分别在肝脏中显示了25%和35%的OTC表达细胞,这比用非靶向载体治疗的小鼠高出四倍和三倍。在两个时间点(三周和八周),大多数OTC阳性肝细胞位于成簇的散布在目标小鼠肝脏的所有部分中。

研究人员还观察到,与未经治疗的高蛋白饮食小鼠相比,目标小鼠的氨水平降低了60%,这一临床迹象表明肝细胞正在产生OTC。

威尔逊说:“通过这些成功的动物研究,我们已经接近潜在的'广谱'基因编辑方法,可以治疗OTC缺乏症的患者,而无需考虑突变和临床状态。”通过进一步的临床前研究,下一步是在人肝细胞中的基因上找到一个安全的避风港,然后测试一种类似的基因编辑方法。”

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