新型基因编辑工具可将意外突变减少70%以上

新型基因编辑工具可将意外突变减少70%以上CRISPR是已经进入日常词汇的科学术语之一。这种基因编辑工具可以说是21世纪最大的发现之一，它彻底改变了遗传和非遗传疾病的研究和治疗。但与CRISPR技术相关的主要风险是"脱靶编辑"，即在基因组中目标位点以外的位置发生意外的、不必要的甚至是不利的改变。现在，莱斯大学的研究人员开发出了一种新的基于CRISPR技术的基因编辑工具，它更加精确，大大降低了发生脱靶编辑的可能性。"我们的团队着手开发一种改进版的基因编辑工具，它可以根据需要开启或关闭，从而提供无与伦比的安全性和准确性，"该研究的第一作者曾宏志说。"这种工具有可能纠正我们基因组中近一半的致病点突变。然而，目前的腺嘌呤碱基编辑器处于持续'开启'状态，这可能会在宿主基因组中进行所需的校正的同时，导致不必要的基因组变化。"DNA由两条相连的链组成，它们相互缠绕，形成一个类似扭曲梯子的双螺旋。梯子的"梯级"由碱基对组成，碱基对是两个互补的核苷酸碱基，通过氢键结合在一起：腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）配对，胞嘧啶（C）与鸟嘌呤（G）配对。碱基对突变也被称为"点突变"，是导致成千上万种疾病的罪魁祸首。传统的CRISPR使用腺嘌呤碱基编辑器(ABE)或胞嘧啶碱基编辑器(CBE)在所需位点上产生点突变。在这里，研究人员使用ABE并对其进行了修改。他们把ABE分成了两个独立的蛋白质，在加入西罗莫司分子之前，这两个蛋白质一直处于非活性状态。西罗莫司又称雷帕霉素，是一种具有抗肿瘤和免疫抑制特性的药物，用于防止器官移植中的排斥反应和治疗某些类型的癌症。"引入这种小分子后，腺嘌呤碱基编辑器的两个独立的非活性片段被粘合在一起，从而变得活跃起来，"Zeng说。"当人体代谢雷帕霉素时，这两个片段就会分离，使系统失去活性。"研究人员发现，除了比原始的、完整的ABE保持活性的时间更短之外，他们的新型分裂基因编辑工具还有其他好处。Zeng说："与完整的[碱基]编辑器相比，我们的版本减少了70%以上的脱靶编辑，并提高了靶上编辑的准确性。"他们通过靶向小鼠肝脏中的PCSK9基因测试了他们的方法。PCSK9基因制造一种有助于调节血液中胆固醇含量的蛋白质，因此对人类具有治疗意义。他们将雷帕霉素激活的分裂ABE打包到腺相关病毒（AAV）载体中，发现它能将基因上的单个A●T碱基对转换成G●C碱基对。这种转换特别有用，因为在与人类遗传疾病有关的单点突变中，G●C突变为A●T碱基对的突变几乎占50%。该研究的通讯作者高雪说："我们希望看到我们的分裂基因组编辑工具最终能以更高的精度应用于解决人类健康相关的问题，"。该研究发表在《自然通讯》（NatureCommunications）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385669.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385669.htm

MIT工程人员开发出基因编辑mRNA纳米颗粒以对抗肺部疾病

MIT工程人员开发出基因编辑mRNA纳米颗粒以对抗肺部疾病研究人员正在努力将纳米粒子气溶胶化以便吸入，并计划在囊性纤维化和其他肺部疾病的小鼠模型中测试这些粒子。麻省理工学院和马萨诸塞大学医学院的工程师们设计了一种新型的纳米粒子，它可以被注射到肺部，在那里它可以传递编码有用蛋白质的信使RNA。研究人员说，随着进一步的发展，这些颗粒可以为囊性纤维化和其他肺部疾病提供一种可吸入的治疗。"这是第一次在小鼠身上证明了RNA的高效输送到肺部。"麻省理工学院化学工程系教授、麻省理工学院科赫综合癌症研究所和医学工程与科学研究所（IMES）成员丹尼尔-安德森说："我们希望它可以用来治疗或修复一系列遗传疾病，包括囊性纤维化。"在一项针对小鼠的研究中，安德森和他的同事使用颗粒来传递编码CRISPR/Cas9基因编辑所需机器的mRNA。这可能为设计能够剪除和替换致病基因的治疗性纳米粒子打开了大门。这项研究于2023年3月30日发表在《自然-生物技术》杂志上，其资深作者是安德森、麻省理工学院大卫-H-科赫研究所教授罗伯特-朗格和麻省理工学院RNA治疗研究所副教授薛文。前麻省理工学院博士后、现为多伦多大学助理教授的BowenLi；麻省理工学院博士后RajithSinghManan；以及UMass医学院的博士后Shun-QingLiang是论文的主要作者。瞄准肺部信使RNA在治疗由错误基因引起的各种疾病方面具有巨大潜力。迄今为止，其部署的一个障碍是难以将其输送到身体的正确部位，而没有脱靶效应。注射的纳米粒子经常在肝脏中积聚，因此评估潜在mRNA治疗肝脏疾病的几项临床试验目前正在进行中。基于RNA的COVID-19疫苗，直接注射到肌肉组织中也已被证明是有效的。在许多这样的情况下，mRNA被封装在脂质纳米粒子中--一种脂肪球，保护mRNA不被过早分解并帮助它进入目标细胞。几年前，安德森的实验室着手设计能够更好地转染构成肺部大部分内衬的上皮细胞的颗粒。2019年，他的实验室创造了能够将编码生物发光蛋白的mRNA传递给肺部细胞的纳米粒子。这些颗粒是由聚合物而不是脂质制成的，这使得它们更容易气溶胶化，以便吸入肺部。然而，在这些颗粒上还需要做更多的工作，以增加它们的效力并最大限度地发挥其作用。在他们的新研究中，研究人员着手开发可以针对肺部的脂质纳米颗粒。这些颗粒由包含两部分的分子组成：一个带正电的头组和一个长的脂质尾巴。头组的正电荷有助于颗粒与带负电荷的mRNA相互作用，它也有助于mRNA在进入细胞后从吞噬颗粒的细胞结构中逃脱。同时，脂质尾部结构有助于颗粒通过细胞膜。研究人员为脂质尾巴提出了10种不同的化学结构，同时还有72种不同的头组。通过在小鼠身上筛选这些结构的不同组合，研究人员能够确定那些最有可能到达肺部的结构。高效传递在对小鼠的进一步测试中，研究人员表明，他们可以使用这些颗粒来传递编码CRISPR/Cas9组件的mRNA，这些组件旨在将基因编码的停止信号切断到动物的肺部细胞。当该停止信号被移除时，一种荧光蛋白的基因就会开启。测量这种荧光信号使研究人员能够确定成功表达mRNA的细胞的百分比。研究人员发现，在一剂mRNA之后，大约40%的肺上皮细胞被转染了。两次剂量使该水平达到50%以上，三次剂量则达到60%。治疗肺部疾病的最重要目标是两种类型的上皮细胞，称为俱乐部细胞和纤毛细胞，其中每一种的转染率约为15%。"这意味着我们能够编辑的细胞确实是对肺部疾病感兴趣的细胞，"BowenLi说。"这种脂质能够使我们将mRNA输送到肺部，比迄今为止报道的任何其他输送系统都要有效得多"。新颗粒还能快速分解，使它们在几天内从肺部清除，并减少炎症的风险。如果需要重复用药，这些颗粒还可以多次投递给同一病人。这使它们比另一种传递mRNA的方法更具优势，后者使用无害的腺病毒的改良版。这些病毒在传递RNA方面非常有效，但不能重复给药，因为它们会在宿主体内诱发免疫反应。特拉维夫大学精确纳米医学实验室主任丹-佩尔（DanPeer）说："这项成就为各种肺部疾病的治疗性肺部基因传递应用铺平了道路，他没有参与这项研究。与传统的疫苗和疗法相比，这个平台拥有几个优势，包括它是无细胞的，能够快速制造，并且具有高度的通用性和良好的安全性。"为了在这项研究中提供颗粒，研究人员使用了一种叫做气管内灌注的方法，这种方法经常被用来作为向肺部提供药物的模型。他们现在正在努力使他们的纳米粒子更加稳定，因此它们可以被气溶胶化，并使用雾化器吸入。研究人员还计划测试这些颗粒，以便在该疾病的小鼠模型中传递mRNA，从而纠正在导致囊性纤维化的基因中发现的遗传变异。他们还希望开发其他肺部疾病的治疗方法，如特发性肺纤维化，以及可以直接传递到肺部的mRNA疫苗。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1352441.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1352441.htm

普林斯顿大学研究人员开发出更精确的基因编辑工具

普林斯顿大学研究人员开发出更精确的基因编辑工具虽然基于CRISPR技术的基因编辑特异性强、准确性高、用途广泛，但实现这些编辑的效率却很低。在这篇论文中，亚当森实验室描述了一种更高效的引导编辑器。图片来源：CaitlinSedwickforPrincetonUniversity一种相对较新的方法被称为"引导编辑"，它能以极高的精确度和多功能性进行基因编辑，但却有一个关键的代价：编辑装置的效率不稳定，而且往往很低。换句话说，虽然"引导编辑"可以实现高精度编辑，而且很少产生不必要的副产品，但这种方法往往无法以合理的频率进行编辑。在2024年4月18日刊登在《自然》杂志上的一篇论文中，普林斯顿大学的科学家严俊和布里特-亚当森以及几位同事描述了一种更高效的引导编辑器。作者（左起）：分子生物学助理教授、刘易斯-西格勒综合基因组研究所（Lewis-SiglerInstituteforIntegrativeGenomics）布里特妮-亚当森（BrittanyAdamson）；亚当森实验室研究生、第一作者严俊（JunYan）。图片来源：普林斯顿大学DeniseApplewhite拍摄的布里特-亚当森照片。严俊的照片由作者提供。引导编辑系统最低限度由两部分组成：CRISPR/Cas9蛋白元件的改进版和称为pegRNA的核糖核酸（RNA）分子。这些成分通过几个协调步骤共同发挥作用：首先，pegRNA与蛋白质结合，引导产生的复合物到达基因组中的理想位置。在那里，蛋白质切开DNA，利用pegRNA上编码的模板序列，将编辑内容"反向转录"到附近的基因组中。这样，引导编辑器就能将准确的序列"写入"目标DNA中。亚当森说："引导编辑是一种非常强大的基因组编辑工具，因为它能让我们更准确地控制基因组序列是如何改变的。"研究伊始，亚当森和亚当森研究小组及分子生物学系的研究生严推断，未知的细胞过程可能会帮助或阻碍素材编辑。为了确定这些过程，Yan制定了一个概念简单的计划：首先，他将设计一种细胞系，当安装了某些引导编辑时，该细胞系就会发出绿色荧光。然后，他将系统性地阻断这些细胞中正常表达的蛋白质的表达，并测量编辑诱导的荧光，以确定这些蛋白质中哪些会影响引导编辑。通过执行这一计划，研究小组确定了36种细胞决定引导编辑的因素，其中只有一种--小RNA结合蛋白La能促进编辑。Yan说："虽然促进素材编辑显然不是La蛋白的正常功能，但我们的实验表明，它能有力地促进这一过程。"众所周知，在细胞内，La能结合新生小RNA分子末端的特定序列，保护这些RNA不被降解。普林斯顿大学团队立即意识到，Yan首次实验中使用的pegRNA很可能包含这些序列，即所谓的聚尿苷束，因为它们是细胞中pegRNA表达的典型副产品，但往往被忽视。随后的实验表明，这些pegRNA无意中利用了La的末端结合活性来保护和促进引导编辑。在研究结果的激励下，研究小组希望了解将La中与聚尿苷束结合的部分与标准的质粒编辑蛋白融合能否提高质粒编辑效率。他们欣喜地发现，这种被称为PE7的蛋白质在各种条件下都能大幅提高预期的素材编辑效率，而且在使用某些素材编辑系统时，不需要的副产物出现的频率非常低。他们的研究结果很快引起了对在原代人类细胞中使用素材编辑感兴趣的同行们的注意，其中包括波士顿儿童医院和哈佛医学院的丹尼尔-鲍尔（DanielBauer）以及加州大学旧金山分校的亚历山大-马森（AlexanderMarson）。研究小组与这些实验室的科学家一起，继续证明了PE7还能提高治疗相关细胞类型的原生编辑效率，为未来的临床应用提供了更广阔的前景。鲍尔指出："这项工作是一个很好的例子，说明深入探究细胞的内部运作可以获得意想不到的见解，从而在短期内产生生物医学影响。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429713.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1429713.htm

研究人员复活26亿年前的CRISPR酶 仍然可以编辑细胞

研究人员复活26亿年前的CRISPR酶仍然可以编辑细胞当一个细菌被病毒感染时，它将使用CRISPR酶来剪下病原体DNA的一个片段并储存起来。如果该细菌以后遇到相同类型的病毒，它将根据该DNA片段识别它，并能够更有效地对抗它。大约十年前，科学家们发现他们可以共同采用这种识别和切割DNA的机制，并利用它来开发一种强大的基因编辑工具。由此产生的CRISPR-Cas9系统像一把分子剪刀一样工作，从细胞中剪下DNA部分，并用新的DNA替换。这正显示出它是治疗疾病、改善作物和为耐人寻味的新目的设计细菌的强大工具的前景。在这项新的研究中，西班牙CICnanoGUNE的研究人员开始绘制微生物中CRISPR的进化图。为此，他们使用了一种被称为祖先序列重建的技术，其中专门设计的算法被用来分析和比较生物体的基因组，并确定其共同祖先的基因组会是什么样子。由此，研究小组确定并合成了古代微生物可能会使用的Cas酶，这些酶可以追溯到3700万到26亿年前。在人类细胞中的测试证实，这些祖先的酶在进行基因编辑时仍有功能。也许不足为奇的是，这些古老的酶比现代的酶简单得多--这是进化过程中的一个指纹。但耐人寻味的是，这可能使它们比它们的后代更具有多功能性，后者已变得越来越有针对性地用于特定的利基。该研究的首席研究员RaúlPérez-Jiménez说："目前的系统是高度复杂的，并且适应于在一个细菌内发挥作用。当该系统在这种环境之外被使用时，例如在人类细胞中，它会被免疫系统拒绝，而且还有某些分子限制，限制了它的使用。奇怪的是，在祖先的系统中，其中一些限制消失了，这使这些系统在新的应用中具有更大的通用性。"该团队表示，这一突破可用于生产新的酶，以目前的酶无法编辑的基因组区域为目标，有可能为疾病治疗和其他基因编辑的进展开辟新的途径。该研究发表在《自然-微生物学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1337439.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1337439.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

"开创性 "的研究基因编辑免疫细胞以针对癌症

"开创性"的研究基因编辑免疫细胞以针对癌症这项研究被一位研究报告的合著者描述为"有史以来在临床上尝试的最复杂的疗法"，它首次将几种不同的尖端技术结合起来。这个过程首先从每个病人身上提取血液和肿瘤样本，目的是找出肿瘤所特有的DNA突变。一旦分离出癌症突变，研究人员就会使用新的算法来确定哪些特定的突变最有可能引发免疫T细胞的有效反应。然后每个病人提供更多的血液样本，从中研究免疫T细胞，以找到具有受体的特定细胞，这些受体最能针对所需的癌症突变目标。在一个平均需要至少六个月的复杂实验室工作的过程中，研究人员为每位患者确定了三种癌症特异性T细胞受体。然后，研究人员使用CRISPR基因编辑技术，对每位患者现有的T细胞进行改造，使其携带这些特定受体。这个最初的第一期安全试验招募了16名患者。只有两名患者在随后输注CRISPR编辑的T细胞时出现了不良反应，这两个案例的处理都没有大的问题。该试验主要被设计为剂量递增练习，以评估治疗的安全性。尽管如此，研究人员确实注意到16名参与者中的5人均表现出了肿瘤生长的减缓。该研究的共同作者AntoniRibas在接受《自然》杂志采访时说，试验中使用的剂量非常低，因此他相信随着技术的优化，疗效将在未来得到改善。"这项研究证明了分离和克隆识别癌细胞突变的多种免疫细胞受体的可行性，利用单步非病毒精确基因组编辑同时敲除内源性免疫受体和敲入重定向的免疫受体。"Ribas说："以临床等级制造CRISPR工程T细胞，输注多达三种基因编辑的免疫细胞产品的安全性，以及基因编辑的免疫细胞对患者肿瘤的交通能力。"他总结了这一研究捆绑在一起的各种非凡的创新。与该研究无关的专家将该研究描述为"开创性"、"非凡"和"重要"。尽管临床反应有限，该研究是一个强大的概念证明，展示了一个潜在的未来，即免疫细胞可以通过基因改造来针对每个病人的特定癌症。伦敦癌症研究所的AsteroKlampatsa称这项研究提出的方法是"复杂的"和"令人鼓舞的"。但是Klampatsa确实指出了这种复杂的个性化疗法所面临的一个重大障碍--它不便宜也不容易生产。Klampatsa说："......开发这种疗法所需的时间、劳动和费用是巨大的，而且有风险。观察这种疗法是否会被应用于更大的试验，在那里疗效，但也可以进一步测试实验方案，这将是很有趣的。"早在2020年研究人员就证明了将CRISPR编辑的免疫T细胞传递给一小批癌症患者的安全性。之前的研究对免疫细胞进行了通用的编辑，旨在提高它们针对肿瘤的能力。这项新的研究将这项工作推向了一个更加个性化的方向，证明了T细胞如何能够被设计成以病人的特定癌症为中心。但考虑到每位患者的定制T细胞疗法需要近六个月的时间，要将其转化为一种可扩展的治疗方法，还有大量的工作要做。负责开发该疗法的PACTPharma公司的首席科学官StefanieMandl相信，这一过程可以变得更加高效。Mandl在接受《时代》杂志采访时说，还有一个潜在的中间地带，即不同癌症之间普遍共享的一些T细胞受体靶点可能会导致一种半定制的治疗，而不是专门为每一位患者量身定制。Mandl补充说："我们需要改善周转时间，提高整个过程的效率，而这是可以做到的。"这项新研究发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1332705.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1332705.htm