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Nature子刊:基因编辑工具预防“贝多芬”小鼠听力受损

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最近,哈佛医学院和波士顿儿童医院的科学家使用一种新的基因编辑方法来拯救遗传性听力受损小鼠,而没有任何明显的脱靶效应。研究结果在《Nature Medicine》在线发表。

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研究人员将带有缺陷Tmc1基因的小鼠称为贝多芬小鼠。该基因的DNA序列存在错误。腺嘌呤A取代胸腺嘧啶T,导致小鼠听力下降。在人体中,如果Tmc1基因发生突变,即使在25岁时也会导致听力逐渐丧失。

精确切割新的CRISPR系统

哈佛医学院Blavatnik研究所的科学家改进了传统的CRISPR-Cas9系统,以更好地识别导致耳聋的基因突变。传统的CRISPR-Cas9基因编辑系统通过指导分子gRNA识别靶突变体DNA序列。一旦确定了目标DNA,裂解酶Cas9将切割它。

然而,传统CRISPR的准确性并不完美。 Cas9酶不能完全到达目标位置以指导RNA切割,这可能导致脱靶。

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为了解决这个问题,研究人员开发了一种新的基因编辑系统,该系统使用来自金黄色葡萄球菌的Cas9酶取代了源自化脓性链球菌的传统Cas9酶。

准确切割无目标效应

在初步试验中,研究人员观察了含有Tmc1基因变异的细胞,发现修饰的基因编辑系统准确区分了突变DNA和Tmc1基因拷贝中的正常DNA。进一步分析显示,至少99%的CRISPR-Cas9切割发生在含有缺陷基因和正常基因的细胞中的缺陷基因拷贝中。

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接下来,研究人员将基因编辑疗法注入小鼠的内耳。 DNA分析表明,基因编辑活动仅发生在贝多芬缺陷小鼠的内耳细胞中。在没有遗传变异的小鼠内耳细胞中没有检测到基因编辑的证据,这一发现证实了该工具的准确性。

为了确定基因编辑疗法是否干扰正常的基因功能,科学家们刺激了未用Tmc1基因缺陷治疗的小鼠的听觉细胞。结果显示,小鼠听力没有异常,表明基因编辑疗法对正常基因功能没有影响。

听力恢复与健康小鼠没有什么不同

为了证明这种疗法不仅对细胞有效,研究人员还对小鼠进行了听力金标准测试。他们测量了小鼠的听觉脑干反应,他们捕获了内耳毛细胞传递到大脑的声音量。

测试发现,经过两个月的基因编辑处理后,贝多芬小鼠的听力明显优于未接受基因突变治疗的小鼠。处理过的小鼠能够检测到大约45分贝的声音,这相当于正常会话的音量,这几乎与健康的小鼠无法区分。更令人鼓舞的是,在接下来的一年中,少数治疗过的贝多芬小鼠稳定且接近正常听力。

如果不及时治疗,贝多芬老鼠将在6个月大时完全失聪。相比之下,没有遗传缺陷的小鼠可以在其一生中保持正常的听力,并且可以检测大约30分贝的声音。

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杰弗里霍尔特哈佛大学的官方网站

波士顿儿童医院耳鼻喉科和神经病学教授杰弗里霍尔特说:“我们的工作为缺陷基因拷贝引起的遗传性疾病的精确治疗打开了大门。当然这只是长征的第一步。但是我们证明这种高度特异性,高度靶向的治疗方法可以用来选择性地抑制单个基因突变的传播,预计这种基因突变会治疗更多形式的人类疾病。“

参考文献:

[1]优化的基因编辑工具在遗传性耳聋小鼠中形成听力损失,但没有可检测到的脱靶效应

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