近日，哈佛醫(yī)學院和波士頓兒童醫(yī)院的科學家們使用一種新的基因編輯方法，挽救遺傳性聽力受損小鼠，并且沒有任何明顯的脫靶效應。
研究人員將攜帶有缺陷TMC1基因的小鼠稱之為貝多芬小鼠。該基因的DNA序列中有一個錯誤——腺嘌呤A取代了胸腺嘧啶T，這會導致小鼠聽力受損。在人體中，如果Tmc1基因發(fā)生突變會導致聽力逐漸喪失，甚至在25歲左右失聰。
新的CRISPR系統(tǒng)精準切割
哈佛醫(yī)學院Blavatnik研究所的科學家改進了傳統(tǒng)的CRISPR -Cas9系統(tǒng)，更好地識別引起耳聾的基因突變。傳統(tǒng)CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)是通過引導分子gRNA來識別靶突變體DNA序列。一旦確定了目標DNA，切割酶Cas9就會剪斷它。
但是CRISPR的準確度并非完美無缺，傳統(tǒng)Cas9酶并不能完全精確地到達靶點位置指導RNA切割，很有可能造成脫靶現(xiàn)象。
為了解決這個問題，研究人員開發(fā)新的基因編輯系統(tǒng)，它替換了傳統(tǒng)來源于釀膿鏈球菌的Cas9酶，采用了源于金黃色葡萄球菌的Cas9酶。
準確切割，無脫靶效應
在初步試驗中，研究人員對含有Tmc1基因變異的細胞進行觀察發(fā)現(xiàn)，修改后的基因編輯系統(tǒng)能夠準確區(qū)分突變的DNA和Tmc1基因副本中正常的DNA。進一步分析顯示，在包含有一個缺陷基因和一個正常基因的細胞中，至少有99% 的CRISPR-Cas9切割只發(fā)生在缺陷基因拷貝中。
接下來，研究人員將基因編輯療法注射到小鼠的內(nèi)耳中。DNA分析表明，基因編輯活動只發(fā)生在貝多芬缺陷小鼠的內(nèi)耳細胞中。在沒有基因變異的小鼠內(nèi)耳細胞中沒有檢測到基因編輯的跡象，這一發(fā)現(xiàn)證實了該工具的準確性。
為了確定基因編輯療法是否干擾了正常的基因功能，科學家刺激沒有Tmc1基因缺陷同樣接受治療的小鼠的聽覺細胞。結果顯示并小鼠的聽力并沒有異常，這證明基因編輯療法對正?；蚬δ軟]有影響。
聽力恢復與健康老鼠無差別
為了證明這種療法不僅僅是對細胞有效，研究人員還對小鼠進行了聽力黃金標準測試。他們測量了小鼠的聽覺腦干反應，他們捕捉了內(nèi)耳毛細胞傳遞到大腦的聲音量。
檢測發(fā)現(xiàn)，接受基因編輯治療兩個月后，貝多芬小鼠的聽力明顯好于未接受基因突變治療的小鼠。經(jīng)過治療的老鼠能夠探測到45分貝左右的聲音，這相當于正常談話的音量，與健康老鼠幾乎沒有區(qū)別。更令人鼓舞的是，接下來近一年中小部分經(jīng)過治療的貝多芬小鼠情況穩(wěn)定，接近正常的聽力。
如果不進行治療，貝多芬小鼠會在在6個月大時就完全失聰。相比之下，沒有遺傳缺陷的老鼠一生都能保持正常的聽力，并能探測到30分貝左右的聲音。
波士頓兒童醫(yī)院耳鼻喉科和神經(jīng)病學教授Jeffrey Holt表示：“我們的工作為由一個缺陷基因副本引起的遺傳疾病打開了一扇精準治療的大門。當然這只是萬里長征的第一步。不過我們證明了，這種高度特異性、高度靶向的治療方法可以被開發(fā)出來，選擇性地抑制攜帶單個基因突變。這有望治療更多其他形式的人類疾病。”
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