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CRISPR基因编辑技术被誉为是本世纪至今***有潜力的生物技术突破之一,人们相信以它为代表的一系列基因编辑手段,有望为诸多人类的遗传疾病提供创新治疗方案。今日,《自然》子刊《Nature Biomedical Engineering》上在线发表的一篇文章,则进一步让我们看到了CRISPR系统的潜力。来自加州大学伯克利分校(UC Berkeley)与德克萨斯大学(University of Texas)的研究人员使用这项技术,在患有自闭症的小鼠中,取得了积极的治疗成果。
自闭症是一类复杂的疾病,迄今缺乏有效的治疗手段。其中,一种叫做脆性X染色体综合征的疾病是***为常见的单基因缺陷自闭症之一,它会让患者出现高度重复的行为。在疾病模型中,小鼠会不断做出挖掘的动作,并阶段性地跳跃。任何人都能通过这些行为,发现这些动物的异常。
“自闭症目前缺乏治疗手段,许多针对自闭症蛋白质的小分子新药,都在临床试验中遭遇失利,”该研究的负责人之一Hye Young Lee教授说道:“我们***对自闭症的一个致病基因进行了编辑,并显示这能改善行为症状。”
在这项研究中,科学家们设计了一种全新的CRISPR系统——与常用的技术不同,他们使用了纳米金颗粒,而非病毒载体来递送CRISPR系统。这些纳米金颗粒上覆盖有一层DNA,这些DNA就像是千手观音的手臂一样,把Cas9蛋白与gRNA牢牢抓住,并递送到生物体内。
▲该纳米金颗粒的设计(图片来源:UC Berkeley)
“如果你使用病毒来递送CRISPR DNA,你无法控制Cas9蛋白与gRNA的表达量,因此病毒载体可能有潜在的风险,” Lee教授评论道:“我认为CRISPR-金颗粒方法非常酷,我们能控制递送的量,从而有望减少CRISPR系统的脱靶效应等副作用。”
按设计,这些纳米颗粒能进入大脑的纹状体(striatum)区域,这个区域介导了行为的形成。而在大脑中,这套CRISPR系统能进一步针对谷氨酸受体5(mGluR5)。它参与了神经元之间的交流,并且在脆性X染色体综合征的患者体内受到了错误的调节。科学家们相信,通过“关闭” mGluR5基因,我们有望减少神经细胞间过度的信号交流,从而缓解动物的重复性行为。
▲纳米金颗粒能进入大脑,编辑致病基因(图片来源:University of Texas Health Science Center at San Antonio)
令人欣喜的是,这项简单的设计,取得了良好的结果。研究发现,大约一半mGluR5基因得到了编辑,受体蛋白量也将近减半。后续的统计则表明,自闭症小鼠的重复性挖掘动作减少了30%,周期性跳跃动作减少了70%!
“这项研究的精彩之处在于我们表明通过将CRISPR-金颗粒注射到大脑里,就能敲除导致疾病的基因,并看到显著的行为改变,”该研究的另一名负责人Niren Murthy教授说道:“这是***使用非病毒递送方式取得的成果”
“在这项研究前,我们无法确定mGluR5受体是否特异性参与到重复性行为中。我们的研究做出了重要的生物学发现。” Lee教授补充道。