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CRISPR可用于设计干细胞

作者: 来源:生物帮 2017-11-23 我要评论( )

自2012年以来,研究人员常用一种叫做CRISPR的强大“基因组编辑”技术对生物的DNA序列进行修剪、切断、替换或添加。最近,美国约翰·霍普金斯大学医学院的科学家证明,这一系统还能

CRISPR可用于设计干细胞

自2012年以来,研究人员常用一种叫做CRISPR的强大“基因组编辑”技术对生物的DNA序列进行修剪、切断、替换或添加。最近,美国约翰·霍普金斯大学医学院的科学家证明,这一系统还能精确有效地改变人类的干细胞。研究人员指出,这一发现简化了对诱导多能干细胞(iPSCs)的修改和定制,有望更快在治疗上取得成果,开发出用于疾病研究和药物测试的模型系统。相关论文在线发表于最近的《分子治疗》上。

CRISPR来自微生物的免疫系统,这种工程编辑系统利用一种酶,能把一段作为引导工具的小rna切入DNA,就能在此处切断或做其他改变。以往研究表明,通过这些介入,CRISPR能使基因组更有效地产生变化或突变,效率比TALEN(转录激活因子类感受器核酸酶)等其他基因编辑技术更高。但最近研究发现,虽然CRISPR有许多优点,在人类癌细胞系列中,它也可能产生大量“误伤目标”,尤其是对不希望改变的基因做修改。

为了研究这种副作用在人类其他细胞中是否也存在,研究小组用CRISPR和TALEN两种系统在人类的iPSCs中进行实验,让它们在iPSCs中切下已知的基因片段,或切掉后再换上其他的。

他们用JAK2、SERPINA1和AAVS1基因作为模型,JAK2基因变异会导致骨髓紊乱,真性红细胞增多症;SERPINA1基因变异会导致alpha1-抗胰蛋白酶缺乏,这是一种遗传性紊乱,会造成肺和肝脏疾病;而AAVS1最近发现是人类基因组中的“安全港”,可以插入外来基因。

通过比较发现,在这三个基因系统中,如果只是简单地切掉部分基因,CRISPR系统明显比TALEN更有效,产生的剪切是后者的100倍;而在做基因替代操作时,如替代JAK2和SerpINA1中的致病变异,CRISPR和TALEN的效率相当。

研究人员还指出,与人类癌细胞系研究不同的是,无论CRISPR还是TALEN,在人类iPSCs中同样都有着目标特异性,即只瞄准那些为它们设定的目标基因。他们还发现,CRISPR系统比TALEN更有优势:CRISPR可以设计成只瞄准病人体内含有变异的基因,而不影响健康基因,即只影响某个基因的一个副本。这些成果与以往的干细胞研究成果结合,使CRISPR成为一种有用的人类iPSCs基因剪辑工具,其偏离目标的风险更小。

约翰·霍普金斯大学医学院导师叶朝辉(音译)说,他们的研究详细说明了如何将CRISPR技术用于人类iPSCs,展现了该技术在这类细胞中的潜力。“干细胞技术正在迅速发展。我们认为,将iPSCs用于人类治疗的日子已经不远。

原文链接:Efficient and Allele-Specific Genome Editing of Disease Loci in Human iPSCs

Efficient and precise genome editing is crucial for realizing the full research and therapeutic potential of human induced pluripotent stem cells (iPSCs). Engineered nucleases including CRISPR/Cas9 and transcription activator like effector nucleases (TALENs) provide powerful tools for enhancing gene-targeting efficiency. In this study, we investigated the relative efficiencies of CRISPR/Cas9 and TALENs in human iPSC lines for inducing both homologous donor-based precise genome editing and nonhomologous end joining (NHEJ)-mediated gene disruption. Significantly higher frequencies of NHEJ-mediated insertions/deletions were detected at several endogenous loci using CRISPR/Cas9 than using TALENs, especially at nonexpressed targets in iPSCs. In contrast, comparable efficiencies of inducing homologous donor-based genome editing were observed at disease-associated loci in iPSCs. In addition, we investigated the specificity of guide RNAs used in the CRISPR/Cas9 system in targeting disease-associated point mutations in patient-specific iPSCs. Using myeloproliferative neoplasm patient-derived iPSCs that carry an acquired JAK2-V617F point mutation and α1-antitrypsin (AAT) deficiency patient-derived iPSCs that carry an inherited Z-AAT point mutation, we demonstrate that Cas9 can specifically target either the mutant or the wild-type allele with little disruption at the other allele differing by a single nucleotide. Overall, our results demonstrate the advantages of the CRISPR/Cas9 system in allele-specific genome targeting and in NHEJ-mediated gene disruption.(doi:10.1038/mt.2014.226)

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