Broad研究所David Liu教授
近日,最新一期的《自然》期刊揭晓了2017十大人物,以表彰在过去一年中作出的巨大贡献的十位科学家。在这份榜单中,来自Broad研究所的华人学者David Liu教授名列其中。David Liu教授被榜单授以“基因矫正者”的头衔:今年10月25日,David Liu教授实验室主导开发的新基因编辑系统——腺嘌呤碱基编辑器(ABE),能将A-T碱基对转换为G-C碱基对,且脱靶率很低,使研究人员能够更加安全、有效地对基因进行精准编辑。
今日,同样在《自然》期刊,David Liu教授研究团队再次发布了一项CRISPR重磅研究。研究团队使用CRISPR-Cas9基因编辑技术,成功敲除了名为“贝多芬小鼠”小鼠的TMC1基因突变,从而减少了小鼠的听力损失,为遗传性耳聋的基因治疗奠定了基础。此外,该研究还解决了当前基因编辑技术面临的一个主要问题,即如何将CRISPR-Cas9技术所需的蛋白质和RNA转移到活体动物的细胞中。
此前研究表明,耳聋作为最常见的感觉性损伤,大约50%是由遗传因素导致的,而TMC1便是引起遗传性耳聋的常见基因之一。TMC1突变可引起常染色体隐性和常染色体显性非综合征型耳聋,前者表现为先天性或语前的重度、极重度耳聋,后者则表现为语后的、渐进的感音神经性聋。通过对小鼠模型研究发现,TMC1在耳蜗内、外毛细胞中表达,与维持毛细胞的正常功能密切相关。
David Liu研究团队首先设计了一个导向RNA,可专门针对导致疾病的常染色体显性遗传基因,使健康的等位基因发挥功能。随后,他们将Cas9和导向RNA封装在一个带有正电荷并能够穿过细胞膜的脂质复合物中进行递送,而无需病毒的传递系统。最后,他们将复合物直接注射TMC1基因突变幼鼠的一侧内耳中,并留下一只未注射的内耳作为内部对照。脂质复合物会被感受声振动的毛细胞所吸收,同时导向RNA将Cas9引导到其靶标,让Cas9精准作用在致病基因上,而不影响正常基因。策略改善了突变等位基因的编辑选择性,使其在小鼠成纤维细胞培养物中的靶向性比野生型等位基因高20倍。
研究结果显示,经过基因治疗的一侧内耳具有健康的毛细胞,但未治疗的另一侧内耳毛细胞则在八周内快速死亡。这一结果令David Liu教授十分兴奋,这表明与未经处理的耳朵相比,基因治疗使毛细胞保持了健康和丰富度。进一步验证发现,经过治疗后的小鼠听力有了明显的改善,成功减少了听力损失。
野生型小鼠耳蜗(右图),以及携带一个常染色体显性等位基因拷贝的小鼠耳蜗(左图)的未经处理的小鼠耳蜗(中图)。绿色的内毛细胞(IHC)和外毛细胞(OHC)在未经处理小鼠的耳蜗区域缺失
论文发表后,该领域诸多学者对此发表了观点。杜克大学生物工程学院的Charles Gersbach认为这是一项重大突破,并表示:“绝大多数使用CRISPR纠正动物模型基因突变的研究,所使用的传递系统可能不适用于治疗人类疾病,因此传递仍然是一个挑战。”俄勒冈健康与科学大学的感官生物学家Peter Barr-Gillespie也说道:“这是一项影响深远的工作。这表明CRISPR介导的基因编辑技术能够真正在体内改善听力损失。”
该工作为将来帮助人们找到遗传性耳聋的治疗方法提供了参考。但David Liu教授最后强调,目前研究仅限于小鼠,尚未进入临床研究阶段。如果进一步研究能够证明安全性和有效性,明确这一方法可以用于具有TMC1突变的病人,才会进一步开展基因治疗试验。
参考资料:
1. Treatment of autosomal dominant hearing loss by in vivo delivery of genome editing agents
2. Gene editing staves off deafness in mice
3. CRISPR Helps Mice Hear
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