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川大院士发表CRISPR/Cas综述文章

2015.7.22

  七月十五日,四川大学生物治疗国家重点实验室的研究人员在国际学术期刊《Human Gene Therapy》发表综述文章,提出了CRISPR/Cas传递载体所面临的挑战,并指出了非病毒载体所发挥的潜在作用。

  中国科学院院士魏于全是本文共同作者之一。魏于全目前是四川大学副校长、教育部“长江学者奖励计划”第二批特聘教授,1997年国家杰出青年科学基 金获得者。现任四川大学生物治疗国家重点实验室主任,第五届教育部科学技术委员会生物学二部常务副主任,担任 Human Gene Therapy 副主编。1986 年毕业于华西医科大学获硕士学位, 1991年至1996 年在日本京都大学医学院留学并获博士学位,于1996年回国。主要从事肿瘤生物治疗的基础研究、应用开发与临床医疗实践。相关研究结果已发表在 Nature Medicine, PNAS, Blood, CancerRes., J. Immunol., J. Biol.Chem等国际期刊。本文通讯作者是四川大学生物治疗国家重点实验室、衰老研究实验室的魏霞蔚博士。

  基因组编辑技术,可让我们靶定细胞和生物体中的基因组序列变化,既能作为一种强大的工具,应用于生物学基础研究中,也有潜力用于遗传性疾病的治疗。 在精确的基因组编辑过程中,首先通过核酸酶诱导特定位点的DNA双链断裂(DSB)。早期的基因组编辑采用DSB诱导核酸酶,如大范围核酸酶、锌指核酸酶 和转录激活因子样效应物核酸酶(TALENs),它们靶定基因组中的特异位点。最近,(CRISPR)/CRISPR相关(CRISPR/Cas)系统 ——一个RNA引导核酸酶,已经彻底改革了执行基因组编辑的方式。

  CRISPR系统是许多细菌用来保护自己免受外源核酸(如病毒或质粒)的适应性免疫机制。不同类型的CRISPR/Cas系统(I、II和III),其实 现核酸识别的分子机制有所不同。II型CRISPR / Cas系统依赖于仅仅一个单一蛋白质,用于RNA指导的特定DNA识别和切割,这是基因组编辑应用的一种自适应性。同时,Cas9蛋白被鉴定为防御病毒入 侵所必不可少的一个多功能蛋白。在2013年,有研究团队报告了由II型CRISPR系统完成的化脓性链球菌(Streptococcus pyogenes)靶向基因组编辑。此后,CRISPR/Cas9系统一直是基因组工程和基因组调控的一个新兴领域。

  CRISPR/Cas9系统的应用,必须引入两个关键部件,包括Cas9核酸酶和向导RNA(gRNA),gRNA是由一个crRNA和一个不变的tracrRNA融 合形成。Cas9使用gRNA形成具有位点特异性DNA序列的碱基对,并引入一个DSB。因此,Cas9核酸酶可以仅仅通过改变gRNA前20个nt,而 靶定特定的位点。由于其通用性、简单性、高特异性和效率,II型CRISPR/Cas系统最近在各种细胞类型中(如小鼠胚胎干细胞和小鼠精原干细胞),显 示出巨大的潜力用于精确的基因组编辑。此外,该CRISPR/Cas基因编辑工具已被用于诱导成年小鼠肝脏的癌基因突变,靶定整合的HIV-1前病毒 DNA,可消除整合的潜伏病毒。

  要想在靶细胞和生物体中进行有效的基因组编辑,适当的传递系统是至关重要的。到目前为 止,Cas9系统在体内的传递,仍然具有挑战性的。在Cas9基因编辑平台的传递过程中,采用的是物理方法和病毒载体。然而,物理方法更适用于体外传递, 而病毒载体一般涉及安全问题、有限的包装能力,等等。随着非病毒药物递送系统的稳健发展,脂质或聚合物为基础的纳米载体,可能是CRISPR/Cas9系 统传递的有效载体。

  在这篇综述中,研究人员回顾了用于Cas9系统传递的方法,并概述了最近开发的非病毒载体,它们可能是未来基因组编辑平台的载体。该论文描述了用结构性修改来优化阳离子纳米载体所做出的努力,并突出强调了临床调查研究中充满前景的非病毒载体。

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