一种纠正致病突变的新技术
基因编辑，或有意地改变基因的DNA序列，是研究突变如何导致疾病的有力工具，也是为了治疗目的而改变个体DNA的有力工具。现在，由冯国平(James W.， 1963)和Patricia T. Poitras教授领导的团队开发出了一种新的基因编辑方法，可以同时用于这两种目的。
“这项技术进步可以加速动物疾病模型的生成，而且至关重要的是，它为纠正致病突变开辟了一种全新的方法，”冯说。他也是哈佛大学和麻省理工学院布罗德研究所的成员，也是麻省理工学院麦戈文大脑研究所的副主任。这项新发现发表在该杂志的网站上细胞。
疾病的遗传模式
冯实验室的一个主要目标是通过设计携带导致人类神经发育和神经精神障碍的基因突变的动物模型，精确定义神经发育和神经精神障碍的问题。通过向胚胎注射基因编辑工具和携带所需突变的DNA片段，可以生成新的模型。
在其中一种方法中，基因编辑工具CRISPR被编程切割目标基因，从而激活天然DNA机制，用注入的模板DNA“修复”受损基因。然后，工程细胞被用来产生能够将基因变化传递给下一代的后代，创造一个稳定的基因系，用于测试疾病和治疗方法。
尽管CRISPR加速了生成这种疾病模型的过程，但这一过程仍可能需要数月或数年的时间。效率低下的原因是，许多被处理的细胞根本没有发生所需的DNA序列变化，而且这种变化只发生在两个基因副本中的一个(对大多数细胞来说)基因在美国，每个细胞包含两个版本，一个来自父亲，一个来自母亲)。
为了提高基因编辑过程的效率，冯实验室团队最初假设，在标准的CRISPR基因编辑工具混合物中添加一种名为RAD51的DNA修复蛋白，将增加细胞(在这种情况下是受精卵或单细胞胚胎)发生所需遗传变化的机会。
作为一个测试案例，他们测量了他们能够插入(“敲入”)与自闭症相关的Chd2基因突变的速率。被正确编辑的胚胎的总体比例保持不变，但令他们惊讶的是，两个染色体上都带有所需基因编辑的比例明显更高。用不同的基因进行的测试也产生了同样意想不到的结果。
博士后乔纳森·王尔德解释说:“同时编辑两条染色体通常是非常罕见的。”王尔德说:“使用RAD51所看到的高编辑率确实令人震惊，一开始只是试图制造突变Chd2小鼠的简单尝试，很快就变成了专注于RAD51及其在基因组编辑中的应用的更大项目。”王尔德与研究科学家Tomomi Aida共同撰写了《细胞》杂志的论文。
分子复印机
冯的实验室团队接下来着手了解RAD51增强基因编辑的机制。他们假设RAD51参与了一个被称为同源体间修复(IHR)的过程，在这个过程中，一条染色体上的DNA断裂用该染色体的第二份副本(来自另一个亲本)作为模板修复。
为了验证这一点，他们在小鼠胚胎中注入了RAD51和CRISPR，但忽略了模板DNA。他们编写了CRISPR程序，只切断其中一条染色体上的基因序列，然后测试它是否被修复，以匹配未切断的染色体上的序列。在这个实验中，他们必须使用母染色体和父染色体序列不同的小鼠。
他们发现，单独注射CRISPR的对照组胚胎很少出现IHR修复。然而，RAD51的加入显著增加了crispr靶向基因被编辑以匹配未切割染色体的胚胎数量。
“以前关于《国际卫生条例》的研究发现，它在大多数细胞中效率极低，”王尔德说。“我们发现，它更容易发生在胚胎细胞中，并可以通过RAD51增强，这表明对是什么使胚胎允许这种类型的DNA修复的更深入的理解，可以帮助我们设计更安全、更有效的基因疗法。”
一种纠正致病突变的新方法
标准的基因治疗策略依赖于注射一段纠正性DNA片段作为修复突变的模板，这一过程被称为同源定向修复(HDR)。
冯解释说:“基于hdr的策略仍然存在效率低的问题，并且存在整个基因组中供体DNA不必要整合的风险。”“《国际卫生条例》有可能克服这些问题，因为它依靠自然细胞途径和患者自身的正常染色体来纠正有害突变。”
Feng的团队继续识别了其他可以刺激IHR的DNA修复相关蛋白质，包括几种不仅促进IHR水平升高，而且抑制DNA修复过程中的错误的蛋白质。该小组通过其他实验检查了《国际卫生条例》事件的基因组特征，从而更深入地了解了《国际卫生条例》的机制，并提出了利用该技术使基因治疗更加安全的方法。
Aida说:“虽然关于《国际卫生条例》的新应用还有很多需要了解的地方，但我们的发现为一种新的基因治疗方法奠定了基础，这种方法可以帮助解决当前方法存在的一些大问题。”
进一步探索
本文由麻省理工学院新闻(web.mit.edu/newsoffice/)，这是一个很受欢迎的网站，涵盖麻省理工学院的研究、创新和教学方面的新闻。
