Nat Commun：新型基因編輯技術或能制造出完美的“雙胞胎”多能干細胞

來源：作者：人氣：-發表時間：2018-03-08 10:57:00【大中小】

日前，一項刊登在國際雜志Nature Communications上的研究報告中，來自日本京都大學等處的研究人員通過研究開發了一種新型的基因編輯方法，其能夠以較高的準確度修飾人類基因組中單個DNA堿基，這種新方法的特殊之處在于其能夠指導細胞自身的修復機制，從而就能為研究疾病相關的突變提供一對基因匹配的細胞。

圖片來源： Kyoto University / Knut Woltjen

DNA的單突變俗稱為單核苷酸多態性（SNPs），其是人類基因組中最常見的突變，如今研究人員已經知道有超過1000萬個SNPs，很多SNPs都與多種人類疾病直接相關，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鍵角色，本文中，研究人員從捐贈者機體中開發出了誘導多能干細胞（ips）。

iPS細胞能夠維持供體的遺傳組成，同時其還能轉化成為機體中的任何細胞類型，以這種方式，研究人員就能在實驗室中開發出大腦、心臟或胰腺等組織的細胞，同時還能用于進行疾病療法的安全性測試。證明一種SNP能夠誘發疾病需要對同基因的ips細胞進行嚴格的比較，理想的細胞就是研究人員所描述的等基因“雙胞胎”細胞，其基因組僅會出現SNP的差異，然而研究人員表示，開發這種雙胞胎細胞并非易事。

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克服低效性，為了開發出等基因的“雙胞胎”細胞，研究人員就開發出了新型的基因組編輯技術，其能夠插入SNP修飾和一個熒光報告基因，而熒光報告基因就能夠作為信號來檢測被修飾的細胞，隨后研究者在報告基因的左右兩側設計了一個短的復制DNA序列（微同源性），同時其能作為CRISPR的靶向作用位點。

因此，研究人員就能夠在細胞中開發出一種內源性的DNA修復系統（微同源介導的末端連接，MMEJ）來更加精確地移除報告基因，MMEJ能夠移除熒光報告基因，僅留下被修飾后的SNP，通過對突變的SNP和正常的SNP進行重排，這種方法就能有效產生等基因的“雙胞胎”細胞。研究者Knut Woltjen將這種新型編輯技術稱作MhAX（Microhomology-Assisted eXcision）技術，為了讓MhAX發揮作用，研究人員對基因組中已經存在的序列進行復制，隨后讓細胞來解決這種問題，同時細胞也會決定哪種SNP會在修復之后保留，而進行一項實驗就能夠顯示所有可能的SNP基因型。

研究人員利用MhAX技術開在HPRT和APRT基因中開發出了SNPs，這兩個基因突變分別于痛風和腎臟疾病直接相關；生化分析結果表明，攜帶HPRT突變SNP的細胞會改變和患者相類似的代謝狀況，同時等基因的“雙胞胎”對照細胞則是正常的。如今研究人員就能夠利用這種新技術來制造并且糾正和人類疾病相關基因中的SNPs。

目前研究人員正在利用胚胎干細胞進行人類糖尿病臨床試驗，但需要對患者進行慢性的免疫抑制，對患者自身的ips細胞進行基因修正或許能夠幫助產生健康的胰腺細胞，同時還能降低患者移植后出現的排斥反應和概率。最后研究者Woltjen表示，我們的目標就是能開發出改善對疾病發病機制理解的新型基因編輯技術，最終開發出根治疾病的新型療法，我們相信，MhAX技術在目前多種人類疾病研究中將具有更為廣泛的適用性。

原始出處：

Shin-Il Kim, Tomoko Matsumoto, Harunobu Kagawa, et al. Microhomology-assisted scarless genome editing in human ipsCs. Nature Communications (2018) doi:10.1038/s41467-018-03044-y