Nat Commun：新型基因编辑技术或能制造出完美的“双胞胎”多能干细胞

来源：作者：人气：-发表时间：2018-03-08 10:57:00【大中小】

日前，一项刊登在国际杂志Nature Communications上的研究报告中，来自日本京都大学等处的研究人员通过研究开发了一种新型的基因编辑方法，其能够以较高的准确度修饰人类基因组中单个DNA碱基，这种新方法的特殊之处在于其能够指导细胞自身的修复机制，从而就能为研究疾病相关的突变提供一对基因匹配的细胞。

图片来源： Kyoto University / Knut Woltjen

DNA的单突变俗称为单核苷酸多态性（SNPs），其是人类基因组中最常见的突变，如今研究人员已经知道有超过1000万个SNPs，很多SNPs都与多种人类疾病直接相关，比如阿尔兹海默病、心脏病和糖尿病等，为了理解SNPs在遗传性疾病中的关键角色，本文中，研究人员从捐赠者机体中开发出了诱导多能干细胞（ips）。

iPS细胞能够维持供体的遗传组成，同时其还能转化成为机体中的任何细胞类型，以这种方式，研究人员就能在实验室中开发出大脑、心脏或胰腺等组织的细胞，同时还能用于进行疾病疗法的安全性测试。证明一种SNP能够诱发疾病需要对同基因的ips细胞进行严格的比较，理想的细胞就是研究人员所描述的等基因“双胞胎”细胞，其基因组仅会出现SNP的差异，然而研究人员表示，开发这种双胞胎细胞并非易事。

通常情况下，研究人员需要连同SNP一起添加抗生素耐药基因来克服低效性，为了开发出等基因的“双胞胎”细胞，研究人员就开发出了新型的基因组编辑技术，其能够插入SNP修饰和一个荧光报告基因，而荧光报告基因就能够作为信号来检测被修饰的细胞，随后研究者在报告基因的左右两侧设计了一个短的复制DNA序列（微同源性），同时其能作为CRISPR的靶向作用位点。

因此，研究人员就能够在细胞中开发出一种内源性的DNA修复系统（微同源介导的末端连接，MMEJ）来更加精确地移除报告基因，MMEJ能够移除荧光报告基因，仅留下被修饰后的SNP，通过对突变的SNP和正常的SNP进行重排，这种方法就能有效产生等基因的“双胞胎”细胞。研究者Knut Woltjen将这种新型编辑技术称作MhAX（Microhomology-Assisted eXcision）技术，为了让MhAX发挥作用，研究人员对基因组中已经存在的序列进行复制，随后让细胞来解决这种问题，同时细胞也会决定哪种SNP会在修复之后保留，而进行一项实验就能够显示所有可能的SNP基因型。

研究人员利用MhAX技术开在HPRT和APRT基因中开发出了SNPs，这两个基因突变分别于痛风和肾脏疾病直接相关；生化分析结果表明，携带HPRT突变SNP的细胞会改变和患者相类似的代谢状况，同时等基因的“双胞胎”对照细胞则是正常的。如今研究人员就能够利用这种新技术来制造并且纠正和人类疾病相关基因中的SNPs。

目前研究人员正在利用胚胎干细胞进行人类糖尿病临床试验，但需要对患者进行慢性的免疫抑制，对患者自身的ips细胞进行基因修正或许能够帮助产生健康的胰腺细胞，同时还能降低患者移植后出现的排斥反应和概率。最后研究者Woltjen表示，我们的目标就是能开发出改善对疾病发病机制理解的新型基因编辑技术，最终开发出根治疾病的新型疗法，我们相信，MhAX技术在目前多种人类疾病研究中将具有更为广泛的适用性。

原始出处：

Shin-Il Kim, Tomoko Matsumoto, Harunobu Kagawa, et al. Microhomology-assisted scarless genome editing in human ipsCs. Nature Communications (2018) doi:10.1038/s41467-018-03044-y