MIT研究人员改进基因编辑技术 可高效地将整个基因插入人体细胞

MIT研究人员改进基因编辑技术可高效地将整个基因插入人体细胞使用这种新方法，他们将在基因组的原生位置插入一个健康的基因拷贝，而不必使用其他基因编辑方法进行较小的编辑，创建不同的基因疗法来纠正每一个突变。这种新方法结合使用了素编辑和新开发的重组酶，前者可以直接进行大约100或200个碱基对的大范围编辑，后者可以在基因组的特定位点高效插入数千个碱基对长度的大段DNA。这种名为eePASSIGE的系统进行基因大小编辑的效率是其他类似方法的数倍，相关报道发表在《自然-生物医学工程》（NatureBiomedicalEngineering）上。"据我们所知，这是哺乳动物细胞中可编程靶向基因整合的首个实例之一，符合潜在治疗相关性的主要标准，"该研究的资深作者、理查德-默金教授兼布罗德大学默金医疗保健变革技术研究所所长、哈佛大学教授、霍华德-休斯医学研究所研究员刘说。"如果我们在培养人体细胞中观察到的效率能够转化到临床环境中，我们预计在这些效率下，即使不是大多数功能缺失性遗传疾病，许多疾病也可以得到改善或挽救。"研究生斯姆里蒂-潘迪（SmritiPandey）和博士后研究员丹尼尔-高（DanielGao）都是这项研究的共同第一作者，他们还与明尼苏达大学马克-奥斯本（MarkOsborn）研究小组和贝斯以色列女执事医疗中心埃利奥特-柴科夫（ElliotChaikof）研究小组合作完成了这项研究。潘迪说："这一系统为细胞疗法提供了大有可为的机会，它可用于将基因精确植入体外细胞，然后再给病人注射，以治疗疾病等。eePASSIGE的高效率和多功能性令人兴奋，它可以催生一类新的基因组药物。我们也希望它能成为整个研究界的科学家们用来研究基础生物学问题的工具。"许多科学家已经利用基因素材编辑技术有效地改变了DNA，这些改变的长度可达几十个碱基对，足以纠正绝大多数已知的致病突变。但是，在基因组的原生位置引入整个健康基因（通常长达数千个碱基对）一直是基因编辑领域的长期目标。这不仅有可能治疗许多患者，而不管他们的致病基因发生了哪种突变，而且还能保留周围的DNA序列，从而增加新安装的基因被适当调控的可能性，而不是表达过多、过少或在错误的时间表达。2021年，刘的实验室报告了向这一目标迈出的关键一步，他们开发出了一种名为twinPE的素体编辑方法，在基因组中安装重组酶"着陆点"，然后利用Bxb1等天然重组酶催化新DNA插入素体编辑的目标位点。很快，刘与他人共同创办的生物技术公司PrimeMedicine就开始利用这项被称为PASSIGE（prime-editing-assistedsite-specificintegrasegeneediting）的技术来开发遗传疾病的治疗方法。PASSIGE只在一小部分细胞中进行编辑，这足以治疗某些遗传疾病，但可能无法治疗大多数因功能基因缺失而导致的遗传疾病。因此，在今天报告的新工作中，刘的团队着手提高PASSIGE的编辑效率。他们发现，重组酶Bxb1是限制PASSIGE效率的罪魁祸首。随后，他们利用研究小组之前开发的一种名为PACE（噬菌体辅助持续进化）的工具，在实验室中快速进化出了更高效的Bxb1版本。由此产生的新进化和工程化Bxb1变体（eeBxb1）改进了eePASSIGE方法，平均可整合小鼠和人类细胞中30%的基因大小的载荷，是原始技术的4倍，是最近发表的另一种名为PASTE的方法的16倍。刘说："eePASSIGE系统为研究在遗传病细胞和动物模型中我们选择的位点整合健康基因拷贝以治疗功能缺失性疾病提供了一个很好的基础。我们希望这个系统将被证明是实现靶向基因整合为患者带来益处的重要一步。"有鉴于此，Liu的团队目前正致力于将eePASSIGE与工程病毒样颗粒（eVLPs）等递送系统结合起来，以克服传统上限制基因编辑器在体内进行治疗递送的障碍。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434711.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434711.htm

超越CRISPR 新基因编辑工具SeekRNA面世 精确切割靶点插入序列

超越CRISPR新基因编辑工具SeekRNA面世精确切割靶点插入序列IS1111和IS110家族。图片来源：《自然·通讯》网站CRISPR已广泛应用于多个领域。它降低了人类疾病检测成本，提高了检测速度，帮助科学家开发出嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）免疫疗法以治疗癌症。研究人员解释说，CRISPR的工作原理是让靶DNA的两条链断裂，然后借助其他蛋白或DNA修复机制插入新DNA序列，但这可能产生错误。SeekRNA则能在不使用任何其他蛋白的情况下，精确切割靶点并插入新DNA序列。这使其相对CRISPR来说更加精确可靠，减少了潜在错误。SeekRNA源于名为IS1111和IS110的天然插入序列家族，该家族成员在细菌和古菌（无核细胞）中广泛存在。大多数插入序列蛋白很少有或没有靶选择性，但这些家族的成员具有很高的靶特异性。利用这一特性，seekRNA能适应任何基因组序列，并以精确方式插入新DNA。目前，研究人员已经在细菌中成功测试了seekRNA的有效性。接下来，他们计划研究该技术能否适用于人类体内更为复杂的真核细胞。他们目前使用的SeekRNA包含由350个氨基酸组成的小蛋白和由70—100个核苷酸组成的RNA链。这种尺寸的系统可以方便地集成到纳米级生物递送载体（囊泡或脂质纳米颗粒）上，有效递送到目标细胞中。此外，其他科研团队也在对IS1111和IS110家族的基因编辑潜力开展类似研究。研究人员还计划通过直接实验室采样和应用较短的seekRNA，进一步探索该技术的潜力。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435923.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435923.htm

特殊的细胞穿透肽为下一代基因编辑技术提供了可能

特殊的细胞穿透肽为下一代基因编辑技术提供了可能CRISPR是细菌免疫系统的一个组成部分，可以切割DNA；它被重新利用作为基因编辑工具。科学家们设计了一种引导RNA，以匹配他们想要编辑的基因，并将其附加到CRISPR相关蛋白（Cas）上。引导RNA将Cas引导到目标基因，在那里它就像"分子剪刀"一样，剪断麻烦的DNA。但尽管有这么多好处，该技术很难进入原生细胞，即直接从活体组织或器官中提取并在实验室中生长的细胞。T细胞是人体免疫系统的一部分，是初级细胞的例子。在发现一些病毒使用蛋白质片段--肽--进入细胞后，宾夕法尼亚大学的研究人员测试了他们是否可以使用这种方法将CRISPR基因编辑技术更有效地引入原生细胞。该研究的共同通讯作者ShelleyBerger说："目前让CRISPR-Cas系统进入细胞的方法，包括使用载体病毒和电脉冲，对于直接取自患者的细胞（称为原生细胞）来说，效率很低。这些方法通常也会杀死它们所使用的许多细胞，甚至会导致基因活动出现广泛的不必要的变化"。研究人员使用肽来引导CRISPR-Cas9和Cas12a分子穿过人类和小鼠原生细胞的外膜，并进入它们的细胞核，即细胞的大部分DNA所在的地方。他们发现，使用两种改性肽的组合，一种在艾滋病毒中发现，一种在流感病毒中发现，与CRISPR-Cas分子混合，具有接近100%的基因编辑效率，无毒且不会引起基因表达的变化。研究人员称他们的新方法为肽辅助基因组编辑，PAGE，他们说它可能在T细胞相关疗法中特别有用，如嵌合抗原受体（CAR）T细胞疗法，该疗法使用从病人身上提取的特别修改的免疫细胞来治疗血癌。该研究的另一位通讯作者E.JohnWherry说："这种新方法有可能成为工程细胞疗法的一项重要使能技术。"除了用于细胞和基因治疗外，PAGE还有广泛的应用。该研究的共同通讯作者JunweiShi说："肽辅助概念的简单性和力量表明，它有可能在未来被用于将其他基因组编辑蛋白，甚至是基于蛋白的药物送入原生细胞。"这项研究发表在《自然-生物技术》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357623.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357623.htm

研究人员首次绘制狗表观基因组图谱

研究人员首次绘制狗表观基因组图谱由于狗的生物钟加快，寿命较短，与人类相比，它们可以充当瞭望者，对环境风险因素做出更快的反应，并提醒我们潜在的危险。但是，尽管我们与人类最好的朋友有着长期的关系，但我们缺乏狗的参考表观基因组。考虑到我们有如此多的共同点——环境、饮食、生活方式和接触传染源——这可能会告诉我们这些因素如何在基因上影响他们和我们，这有点令人失望。现在，首尔国立大学的研究人员填补了这一知识空白，首次创建了狗表观基因组的高质量参考图谱，为基因组学研究以及与人类和其他物种的比较研究提供了一种手段。研究人员以比格犬这一品种为对象，仔细检查了狗的11种主要组织：大脑（大脑和小脑）、乳腺、肺、肝脏、胃、脾、胰腺、肾、结肠和卵巢。然后，他们使用收集的遗传数据创建功能基因组注释，用有关结构或功能的描述信息标记DNA、RNA或蛋白质序列中的特定特征。他们将狗的表观基因组与现有的人类和小鼠表观基因组进行了比较，通过被命名为EpiCDog（狗表观基因组目录）的工作，研究人员发现了不同组织和物种之间共享的保守且动态的功能特征。最值得注意的是，狗的表观基因组被发现比小鼠的表观基因组更类似于人类的表观基因组，这表明基因的调控方式与人类健康和疾病的影响有相似之处。该研究的通讯作者Je-YoelCho表示：“这一突破性的表观基因组图谱可广泛用于研究不同的狗品种、深入研究癌症和疾病机制、进行跨物种比较研究，并对人类生命科学的进步做出重大贡献。”有趣的是，根据本月早些时候发表的一项研究，自然发生的犬类癌症与人类癌症具有显着的相似之处。研究发现，我们共有18个基因突变“热点”，这些突变很可能是癌症的原因。当前研究中研究人员的工作可以帮助发现人类和狗之间的这种重叠。研究人员表示，EpiCDog当然会让治疗我们四足朋友的兽医受益匪浅。Cho说：“这项工作也代表了兽医学领域基础研究的一个里程碑。这一突破使研究人员能够揭示表观遗传修饰对基因表达的影响，并为研究复杂疾病的潜在机制、推进狗的兽医诊断、治疗和个性化医疗方法开辟新途径。”研究人员计划开发EpiCDog以进一步推进狗的表观基因组学。该研究发表在《科学进展》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1370203.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1370203.htm

简单的新策略提高了CRISPR基因编辑的安全性和精确性

简单的新策略提高了CRISPR基因编辑的安全性和精确性这种方法解决了CRISPR技术的一个关键问题：在特定点切割基因组，然后再将其重新接合，这本身就存在着破坏DNA的风险，可能会造成大规模、不可预测的破坏。为了缓解这一问题，由卡塔赫纳科技大学干细胞生物学家李默领导的团队研究了在人类干细胞中进行CRISPR编辑后导致大量基因组缺失的DNA修复途径。通过分析，他们发现了一种被称为"微同源物介导的末端连接"（MMEJ）的过程，这是一种容易出错的机制，虽然能够修复DNA的断裂，但往往会留下大的缺失。研究人员分析了与MMEJ过程有关的各种基因，发现有两个基因在这些不必要的删除事件中起着核心但相反的作用。其中一个名为POLQ的基因被证明会加剧CRISPR编辑后的大缺失风险。而另一个名为RPA的基因则成为具有保护作用的基因组守护者。通过使用抑制POLQ的药物或通过提高RPA表达的基因技术来操纵这些基因，KAUST团队就能在不影响基因组编辑效率的情况下减少有害大缺失的发生，从而保持编辑后干细胞基因组的完整性。"这种简单易用的方法可以减少这些有害的DNA大缺失发生的几率，"李默实验室的前博士生袁宝磊说，他与实验室的毕崇伟和田业腾是这项研究的设计者之一。此外，研究还发现这些干预措施还能提高同源定向修复的效率，而同源定向修复机制因其能够在不增加意外突变的情况下实现精确的基因组编辑而闻名。在涉及干细胞的实验中，这一点非常明显，这些干细胞携带与镰状细胞病和威斯科特-阿尔德里奇综合征（Wiskott-AldrichSyndrome）这两种遗传性血液病有关的两个基因突变。通过调节POLQ或RPA，研究人员在这些细胞中实现了高度精确和可靠的基因编辑。李说，这些发现标志着在完善CRISPR技术方面迈出了重要一步。他说："这确实令人兴奋，因为这意味着我们离更安全、更有效地治疗遗传疾病越来越近了。"随着这一创新战略的临时专利申请，该团队将继续探索更多不良突变背后的机制，并磨练技术，使CRISPR更安全、更高效。"实现高效和安全仍然是一个需要进一步开发的挑战，"李说，"我们的实验室始终站在最前沿，寻求新颖的解决方案。"DOI:10.1186/s12915-024-01896-z编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432348.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432348.htm

解码癌症：研究人员揭示细胞是如何"叛变"的

解码癌症：研究人员揭示细胞是如何"叛变"的访问：NordVPN立减75%+外加3个月时长另有NordPass密码管理器约翰斯-霍普金斯大学医学院的科学家们绘制了人类乳腺和肺细胞中的一条分子途径，它可能导致基因组过度复制，而这正是癌细胞的一个特征。这些发现最近发表在《科学》杂志上，揭示了当一组分子和酶触发并调节所谓的"细胞周期"（用细胞的遗传物质制造新细胞的重复过程）时，会出现什么问题。研究人员认为，这些发现可用于开发中断细胞周期障碍的疗法，并有可能阻止癌症的生长。为了复制，细胞会遵循一个有序的程序，首先复制整个基因组，然后分离基因组副本，最后将复制的DNA平均分成两个"子"细胞。人类细胞的每对染色体有23对--一半来自母亲，一半来自父亲，包括性染色体X和Y--即总共46对，但已知癌细胞会经历一个中间状态，即拥有双倍的数量--92条染色体。这是如何发生的是一个谜。约翰霍普金斯大学医学院分子生物学和遗传学副教授塞尔吉-雷戈特（SergiRegot）博士说："癌症领域科学家们的一个永恒问题是：癌细胞基因组是如何变得如此糟糕的？我们的研究对细胞周期的基础知识提出了挑战，让我们重新评估了关于细胞周期如何调节的想法"。细胞周期调控面临的挑战雷戈特说，复制基因组后受到压力的细胞会进入休眠或衰老阶段，并错误地冒着再次复制基因组的风险。一般来说，这些休眠细胞在被免疫系统"识别"为有问题的细胞后，最终会被清除。但有时，尤其是随着年龄的增长，免疫系统无法清除这些细胞。如果任由这些异常细胞在体内游荡，它们就会再次复制基因组，在下一次分裂时对染色体进行洗牌，从而引发癌症。为了确定细胞周期中出现问题的分子途径的细节，雷戈特和研究生研究助理康纳-麦肯尼（ConnorMcKenney）领导约翰-霍普金斯大学的研究小组，重点研究了乳腺导管和肺组织中的人类细胞。原因何在？这些细胞的分裂速度通常比体内其他细胞更快，从而增加了观察细胞周期的机会。观看这段视频，了解细胞在不分裂的情况下经历两次复制基因组的细胞周期阶段。细胞核中出现的亮点表明DNA正在复制的位置。资料来源：约翰-霍普金斯大学医学院塞尔吉-雷戈特实验室雷戈特的实验室擅长对单个细胞进行成像，因此特别适合发现极少数没有进入休眠期、继续复制基因组的细胞。在这项新研究中，研究小组仔细观察了数千张单细胞在细胞分裂过程中的图像。研究人员开发了发光生物传感器，用于标记细胞周期蛋白依赖性激酶（CDKs）。他们发现，各种CDK在细胞周期的不同时期激活。在细胞受到环境压力（如干扰蛋白质生产的药物、紫外线辐射或所谓的渗透压（细胞周围水压的突然变化））后，研究人员发现CDK4和CDK6的活性降低了。细胞周期破坏的研究结果五到六小时后，当细胞开始准备分裂时，CDK2也受到了抑制。此时，一种名为无丝分裂促进复合物（APC）的蛋白质复合物在细胞分裂前的阶段被激活，这一步骤被称为有丝分裂。Regot说："在研究中的受压环境中，APC激活发生在有丝分裂之前，而通常人们只知道它在有丝分裂过程中激活。"当暴露在任何环境压力下时，约90%的乳腺细胞和肺细胞会离开细胞周期，进入安静状态。在他们的实验细胞中，并非所有细胞都安静了下来。研究小组发现，约有5%-10%的乳腺细胞和肺细胞重返细胞周期，再次分裂染色体。通过另一系列实验，研究小组发现，所谓的应激活化蛋白激酶活性的增加与一小部分细胞脱离安静阶段并继续将基因组翻倍有关。雷戈特说，目前正在进行一些临床试验，测试DNA损伤剂与阻断CDK的药物。联合用药有可能促使一些癌细胞将基因组复制两次，产生异质性，最终产生抗药性。也许有药物可以阻止APC在有丝分裂前激活，从而防止癌细胞二次复制基因组，防止肿瘤阶段性进展。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1431442.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1431442.htm