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科技日報(bào)記者 操秀英
北京腦科學(xué)與類腦研究中心熊巍實(shí)驗(yàn)室利用一株模擬人類DFNB23遺傳性耳聾的Pcdh15av-3j小鼠品系，全方位展示了突變位點(diǎn)附近產(chǎn)生的DNA雙鏈切割/斷裂，可以通過非同源末端連接通路實(shí)現(xiàn)移碼突變的修復(fù)以及聽覺和平衡覺功能的部分修復(fù)。該工作首次在哺乳動(dòng)物模型上展示了利用非同源末端連接的基因修復(fù)通路有效實(shí)現(xiàn)先天性遺傳疾病的在體基因治療，為遺傳性耳聾的治療提供新思路。該研究近日發(fā)表于《細(xì)胞報(bào)告》上。
文章通訊作者熊巍介紹，基因治療是治療基因突變導(dǎo)致的遺傳性疾病的金鑰匙，目前大部分工作集中在針對mRNA的基因替代或者基因沉默，若干適用性好的靶基因已經(jīng)被用于臨床，體現(xiàn)出基因治療的可行性。然而就中心法則而言，在mRNA水平的修復(fù)還是治標(biāo)不治本，因此針對DNA的基因修復(fù)代表了下一代基因治療的新方向，該研究提出特別針對DNA移碼突變的一個(gè)方案，并系統(tǒng)展示了在耳蝸毛細(xì)胞DNA水平的基因編輯有效恢復(fù)動(dòng)物聽覺。
DNA水平的基因修復(fù)可以通過以CRISPR-Cas為代表的基因編輯技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，隨著2011年CRISPR-Cas工具的開發(fā)成熟，研究者可以依賴guide RNA（gRNA）實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可控的定點(diǎn)DNA雙鏈切割/斷裂，CRISPR-Cas技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用就是實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)切除致病突變。DNA雙鏈切割/斷裂的修復(fù)有諸多通路，其中最主要的是非同源末端連接和同源重組修復(fù)兩種。非同源末端連接產(chǎn)物攜帶各種插入或者缺失導(dǎo)致的移碼突變，其結(jié)果等同于從一個(gè)突變到多種突變，因此并未在基因治療中得到很好的應(yīng)用；依賴同源重組修復(fù)通路，將靶基因修復(fù)為野生型，但這一過程需要有一個(gè)野生型的DNA模板，在體情況下基于同源重組修復(fù)通路的效率在活體動(dòng)物的終端分化細(xì)胞上效率非常低，從一定程度上限制了基因編輯在基因治療上的應(yīng)用。因此基于基因編輯技術(shù)的在體基因治療方案一直處于實(shí)驗(yàn)室和細(xì)胞系體系研究階段。
據(jù)了解，熊巍實(shí)驗(yàn)室長期研究耳聾相關(guān)基因的生理和病理機(jī)制。該研究利用小鼠耳蝸培養(yǎng)組織驗(yàn)證了終端分化的功能細(xì)胞上編輯產(chǎn)物也具有可重復(fù)性，并利用該原理實(shí)現(xiàn)了單個(gè)gRNA即可修復(fù)移碼突變，實(shí)現(xiàn)小鼠的在體基因治療，在體外組織和在體動(dòng)物兩個(gè)層面，從編輯基因產(chǎn)物、蛋白表達(dá)、毛細(xì)胞功能以及動(dòng)物生理功能等多個(gè)角度的分析和評估來展現(xiàn)該方案的可行性。
該概念的成功驗(yàn)證表明占人類22%的移碼突變導(dǎo)致的遺傳性疾病有廣闊的治療前景。
熊巍實(shí)驗(yàn)室在2015年建立實(shí)驗(yàn)室之時(shí)即確立了研究遺傳性耳聾基因治療的方向，所有的技術(shù)和資源都是從零開始積累，期間嘗試了多種策略和方法，最終鎖定利用非同源末端連接的非隨機(jī)修復(fù)機(jī)制來重塑移碼突變導(dǎo)致的致聾突變。該工作從2019年底投稿到2022年上半年最終接收，歷時(shí)兩年半。
據(jù)了解，該論文的共同第一作者為劉戀、鄒林志和李寬三位博士研究生，該工作也得到南方科技大學(xué)陳放怡實(shí)驗(yàn)室、山東大學(xué)徐志剛實(shí)驗(yàn)室和清華大學(xué)孫前文實(shí)驗(yàn)室的大力協(xié)助。
