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基因編輯或將迎來發展

基因編輯或將迎來發展

最近一期英國《自然》雜誌刊登一則基因編輯改進方法,可定位和修改DNA單個堿基,並且不在基因組中引入隨機插入或缺失的基因。這種新的“堿基編輯”法使用一種修飾過的CRISPR/Cas9蛋白質,使它和另外兩種蛋白一同工作,比現有改正單堿基變異的方法更高效。

大多數遺傳疾病源于單核苷酸的突變(點突變)。目前廣泛使用的CRISPR/Cas9方法中,Cas9蛋白含有兩個核酸酶結構域,涉及切割DNA兩條單鏈,在目標DNA序列上形成雙鏈斷裂。然而,當用於校正單個核苷酸時,標準的CRISPER/Cas9方法通常是很低效的,並且會在目標位置頻繁引入隨機插入/缺失基因(統稱為indels),這主要是細胞對DNA雙鏈斷裂的反應結果。

為了提高修正點突變的效率,同時也減少插入/缺失的頻率,美國哈佛大學大衛•劉和他的同事修改了Cas9蛋白,讓它不再切割DNA雙鏈,但仍能結合到目標DNA序列。通過在Cas9上安裝堿基修飾酶(APOBEC1),能直接將胞嘧啶(C)轉換成尿嘧啶(U),尿嘧啶與胸腺嘧啶(T)的堿基配對方法一致。為了讓編輯過的堿基對永久存在於細胞中,研究團隊使用第三種蛋白操縱正常細胞修復DNA的過程,使得目標C-G(鳥嘌呤)堿基對轉變成T-A(腺嘌呤)堿基對。

基因編輯或將迎來發展

研究人員表示,他們的堿基編輯系統能高效地矯正各種在小鼠和人類細胞系中存在的與人類疾病相關的點變異,並且引入插入/缺失量都極低。目前,該方法已經被用於培養細胞,成功逆轉了和疾病有關的單個堿基變異,包括晚發性阿爾茨海默氏症與乳腺癌。

據外媒報導,一家名為Homology Medicines的新公司獲得了著名風投公司5AM領銜的總額達4350萬美元的A輪投資,以開發新型基因編輯技術。

基因編輯是當前生命科學產業最為火爆的領域之一,Homology覺得,他們即將在該領域開啟一場技術革命。公司新任CEO Arthur Tzianabos表示,利用本輪投資,該公司將利用腺病毒載體工具ID’d來開展一些由基因突變引起的罕見疾病研究。

據瞭解,目前全球罕見病多達七八千種,而且往往是遺傳疾病,也就是病人的某些或某個基因出現了少見的突變。而治療罕見病的方法主要有三種,即對症支持治療、酶替代治療(即持續注射國外研製的生物製劑)和骨髓移植。但前兩種方法通常資源有限且費用昂貴,第三種則存在基因匹配率低等阻礙。因此,當前醫學界開始加大對罕見病基因的研究,試圖解開罕見病遺傳基因的秘密,加以干預,達到規避、根除遺傳病的目的。

如果利用腺病毒載體工具這一技術適用於人類,Homology公司將推進這一技術應用于開發新的基因療法。目前,Homology的主要任務是招募小規模患者群體,驗證這一療法在罕見單基因突變疾病上的作用。

基因編輯或將迎來發展

事實上,早在20世紀80年代早期,腺病毒載體就已被用作基因運載的工具,支援著許多研究人員的工作。最早期的載體是基於C亞型的人類腺病毒血清型5(Ad5)和人類腺病毒血清型2(Ad2)。Ad5和Ad2是通過刪除它們基因組中的E1 和/或E3區,使它們在複製上產生缺陷,只能在特定的細胞系中複製。不幸的是,第一代的病毒載體很快暴露了一系列的缺陷。起初,研究人員認為這些載體關鍵的細胞表面受體存在于大量的細胞上是一項優勢,然而,這卻阻礙了靶向特定的細胞類型。此外,該類型的載體還會啟動免疫反應,引發炎症毒性。

在今天基因醫學引發最初的興奮的20年後,研究人員和媒體又一次對該領域出現的一系列醫學突破表現出了狂熱之情。推動這一“復興”的力量是大量技術的進步,比如CRISPR/Cas9和其它基因編輯技術的發展(TALEN、Zinc Finger和 ARCUS)。

不過,除了前代腺病毒載體存在免疫問題的缺陷,該技術的效果和可能還存在安全性問題,因此業內普遍認為基因療法距離真正的臨床應用還有一段距離,事實上,目前包括Bluebird公司等基因療法先驅最近也屢遭挫折。儘管CRISPR技術的發展又讓人看到基因編輯的希望,但Homology公司是否能為該領域帶來改變,還是有待觀察。本輪投資由5AM Ventures和ARCH Venture Partners領投,Temasek,Deerfield Management和 ARCH Overage Fund這些投資機構也有參與。Arthur Tzianabo博士將加入該公司擔任首席執行官;Sam Rast博士將任首席運營官;Albert Seymourboshi博士將成為首席科學官。他們都曾在希雷(Shire)擔任過高級職位,有過罕見病相關的藥物研發和企業管理等經歷。 

基因編輯或將迎來發展

目前生物技術領域主要有三種類型的基因編輯技術,CRISPR/Cas9系統、鋅指核酸酶(zinc finger nucleases)系統和TALEN系統。基因編輯允許科學家在研究環境中非常實用的改變幾乎所有的生物的基因結構,在治療遺傳性疾病方面具有顯著的潛力。其中CRISPR/Cas9系統是一種簡便、高效的基因編輯技術,正在被Editas Medicine,Intellia Therapeutics和CRISPR Therapeutics等公司快速發展;Sangamo BioSciences正在利用鋅指核酸酶技術進行愛滋病和血友病相關的臨床試驗治療;輝瑞(Pfizer)和法國施維雅(Servier)公司則正在使用TALEN技術系統進行白血病的臨床試驗。

Homology Medicines將基於自然發生的同源重組(homologous recombination)現象,研發新一代的基因編輯技術。在同源重組過程中,染色體之間交換一段類似的DNA短序列。這種基於非核酸酶的方法在針對編輯體內基因突變上有明顯的高精度、高效率等優勢。這種理念也利用了基因療法一些步驟,首先科學家們利用基因工程改造一段“健康”的DNA,並載入通常用於基因治療的腺相關病毒(AAV)。在一般的基因治療中,AAV進入細胞、表達新的DNA、程式設計蛋白質,直到細胞死亡。Homology Medicines的方法則有所不同:當AAV進入細胞後,釋放其工程改造的健康DNA,然後與缺陷基因部位通過同源重組而替換。接下來當細胞分裂時,兩個新的子細胞將具有健康正確的基因,而不是帶有缺陷的基因。Homology Medicines計畫利用該技術,“替換體內不正常的基因”,起到治療疾病的效果。

Arthur Tzianabo博士評論說:“我們相信這項技術平臺通過有效的基因轉移進行體內編輯,將具有廣泛的應用前景。憑藉我們的投資者和科學顧問團的大力支持,我們將迅速推進能治癒患者的潛在新療法。”

根據雷鋒網、生物谷等綜合採編

【文章觀點僅代表個人觀點】

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