圍繞基因編輯技術，特別是CRISPR-Cas9技術的大部分熱情都集中在插入或移除基因或修復引起疾病的突變的能力上。切割雙鏈DNA分子的CRISPR-Cas9方法的主要問題是細胞如何響應該切割以及如何修復。隨著頻率的增加，這種技術會在其不確定的副作用下留下新的突變。

在12月7日發(fā)表在Cell雜志上的一篇論文中，Salk研究所的科學家報告了一種改良的CRISPR-Cas9技術，該技術改變了疾病相關基因的活性，而不是基礎序列。研究人員證明，這種技術可用于小鼠治療幾種不同的疾病。

“切割DNA為引入新突變打開了大門，”Salk生物研究所的資深作者Juan Carlos Izpisua Belmonte說，他的實驗室開發(fā)了這項新技術。“這是與我們一起使用CRISPR或我們開發(fā)的任何其他切割DNA工具的東西。它是遺傳學領域的一個主要瓶頸 - 細胞在切割DNA后可能會引入有害物質錯誤“。

這一事實引導了Belmonte實驗室的每一項實驗，因為他們使用不會切割DNA的改良CRISPR-Cas9系統(tǒng)開發(fā)了該技術。他們的發(fā)現(xiàn)是第一個提供證據(jù)表明人們可以用表觀遺傳編輯技術改變動物的表型，保持DNA的完整性。

Salk技術背后的主要思想是使用兩種腺相關病毒(AAV)作為將其遺傳操作機制引入產后小鼠細胞的機制。研究人員將Cas9酶的基因插入到一種AAV病毒中。他們使用另一種AAV病毒來引入短的單指導RNA(sgRNA)，其指定Cas9將結合的小鼠基因組中的精確位置，以及轉錄激活因子。與大多數(shù)CRISPR-Cas9技術中使用的標準20個核苷酸相比，較短的sgRNA僅為14或15個核苷酸，這可防止Cas9切割DNA。

“基本上，我們使用修飾的指導RNA將轉錄激活因子與Cas9一起工作，并將該復合物傳遞到我們感興趣的基因組區(qū)域，”Belmonte實驗室的共同第一作者Hsin-Kai Liao說。

該復合物位于感興趣的DNA區(qū)域并促進目的基因的表達。類似的技術可用于激活幾乎任何基因或遺傳途徑，而沒有引入潛在有害突變的風險。

“我們希望在沒有DNA切割的情況下改變細胞命運的治療效率，”共同第一作者Fumiyuki Hatanaka解釋道。

引人注目的是，該團隊在小鼠的幾種疾病模型中證明了疾病逆轉。在急性腎病的小鼠模型中，他們表明該技術激活先前受損或沉默的基因以恢復正常的腎功能。他們還能夠誘導一些肝細胞分化成產生胰島素的胰腺樣細胞，以部分拯救1型糖尿病的小鼠模型。

研究小組還表明，他們可以恢復肌肉營養(yǎng)不良的小鼠模型中的肌肉生長和功能，這是一種已知基因突變的疾病。研究人員沒有試圖糾正突變基因，而是增加了基因在與突變基因相同的途徑中的表達，從而超越了受損基因的作用。“我們沒有固定基因;突變仍然存在，”貝爾蒙特說，“相反，我們正在研究表觀基因組，小鼠在同一途徑中恢復其他基因的表達。這足以恢復肌肉的功能。這些突變小鼠。“

初步數(shù)據(jù)表明該技術是安全的，不會產生不必要的基因突變。然而，在考慮將其帶入臨床環(huán)境之前，研究人員正在進行進一步的研究以確保安全性，實用性和效率。

Belmonte將這項技術視為一種潛在治療阿爾茨海默氏癥和帕金森病等神經系統(tǒng)疾病的方法。正如該技術在小鼠模型中恢復腎臟，肌肉和胰島素生成功能一樣，他看到了恢復神經元群體的未來，甚至可能是人類患者的一天。