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美国Salk研究所、华大基因和中科院生物物理所在靶向修复疾病基因方面取得重要进展

2014年7月3日,Cell Stem Cell杂志发表了题为“Targeted Gene Correction Minimally Impacts Whole-Genome Mutational Load in Human-Disease-Specific Induced Pluripotent Stem Cell Clones”的研究论文。该工作由美国Salk研究所Juan Carlos Izpisua Belmonte实验室、华大基因(BGI)李英睿团队和中科院生物物理研究所刘光慧研究组合作完成,是首次利用全基因组测序(WGS)明确了现有疾病基因组靶向矫正工具的安全可靠性,并创建了效率远高于目前基因组靶向编辑技术的新型人类遗传突变修复工具telHDAdV,为开展以干细胞为基础的基因治疗提供了重要的理论依据。 

人诱导多能干细胞技术(iPSC)的出现,促进了人类疾病基因组靶向矫正技术的快速发展。目前可用于人类疾病基因组靶向矫正的方法包括:核酶介导的DNA同源重组技术(如ZFN,TALEN及CRISPR/CAS9等)以及不依赖于核酶的大片段DNA同源重组技术(以第三代腺病毒载体HDAdV为代表)。经遗传修复的自体干细胞具有治疗自身疾病的潜力,因此在个体医学和再生医学中具有广阔的应用前景。刘光慧研究团队曾最早利用HDAdV介导的基因组靶向编辑技术在儿童早衰症患者iPSC中实现了对致病基因LMNA的靶向修复,从概念上证实了在病人细胞中原位矫正遗传突变的可行性。他们继而矫正了帕金森氏症和范可尼贫血症患者干细胞中的致病突变,为这些遗传疾病的机理研究、药物评价及个性化干细胞和基因治疗奠定了基础。 

在该项研究中,研究人员首次综合利用HDAdV,TALEN和CRISPR三种不同的方法,对镰刀形细胞贫血症患者iPSC中发生突变的血红蛋白基因(HBB)进行靶向矫正。发现这三种基因矫正方法对于HBB基因具有类似的打靶效率。同时,全基因组深度测序结果显示,TALEN和HDAdV在基因矫正过程中最大限度地保持了病人基因组的完整性,从而提示了这些方法的安全可靠性。 

进而,研究人员充分整合TALEN和HDAdV作为基因组靶向修饰工具的独特优势,发展出一种新型高效的疾病基因矫正载体telHDAdV。telHDAdV同时具有TALEN的特异性基因组切割和HDAdV的高导入效率及精确的大片段同源重组效率。同一个telHDAdV可有效涵盖HBB基因座上所有可能包含的遗传突变,因此可被广泛应用于包括镰刀形细胞贫血症和地中海贫血症在内的不同种类的血红蛋白疾病的基因修复。实验结果表明,telHDAdV介导的基因修复比单独使用TALEN和CPRISPR在效率上约高数十倍,可被应用于不同种类的人类致病基因突变的靶向矫正。 

该研究打消了干细胞和再生医学研究领域针对疾病基因靶向修复安全性的忧虑;同时,新型基因矫正载体的问世也将有助于加速干细胞临床转化的步伐。Cell Stem Cell杂志同期发表的题为“What’s Changed with Genome Editing?”的Preview评论说:“这些发现将无疑鼓舞将基因组靶向编辑技术进一步应用于疾病研究和临床治疗”。  

该工作得到科技部、基金委及中科院干细胞与再生医学战略先导专项等资助。   

例子:血红蛋白疾病(如镰刀形细胞贫血症和地中海贫血症)的再生医学治疗策略 

文章链接: 

Targeted Gene Correction Minimally Impacts Whole-Genome Mutational Load in Human-Disease-Specific Induced Pluripotent Stem Cell Clones (http://www.cell.com/cell-stem-cell/pdf/S1934-5909(14)00264-1.pdf

  

  供稿:刘光慧课题组