活生物体基因编辑突变的新技术

使用SATI技术定位神经元。

在活生物体中编辑基因的能力提供了治疗大量遗传病的机会。但是，许多类型的基因编辑工具无法靶向DNA的关键区域，并且由于活体组织中包含了固有类型的细胞，因此创建这样的技术非常困难。

现在，Salk研究所的研究人员开发了一种名为SATI的新工具来编辑小鼠基因组，从而使该团队能够针对广泛的突变和细胞类型。这项新的基因组编辑技术将于2019年8月23日在《细胞研究》（Cell Research）中进行描述，可以扩展到广泛的基因突变条件下使用，例如亨廷顿氏病和罕见的早衰综合症早衰症。

Salk基因表达实验室教授，该论文的资深作者Juan Carlos Izpisua Belmonte说：“这项研究表明SATI是进行基因组编辑的强大工具。”“它可能被证明有助于开发有效的策略来替换许多不同类型的突变的靶基因，并为使用基因组编辑工具可能治愈广泛的遗传疾病打开了大门。”

使用细胞的正常DNA修复机制，修饰DNA的技术（尤其是CRISPR-Cas9系统）通常在将细胞（如皮肤或肠道中的细胞）连接中最有效。Izpisua Belmonte实验室先前表明，他们基于CRISPR / Cas9的基因编辑技术，称为HITI（用于非同源性靶向整合），可以靶向细胞和非细胞。蛋白质编码区的功能类似于制造蛋白质的配方，而称为非编码区的区域则由厨师决定要制作多少食物。这些非编码区占DNA的绝大部分（约98％）并调节许多细胞功能，包括关闭和打开基因，因此可能成为未来基因治疗的重要靶标。

“我们试图创建一种通用的工具来靶向DNA的这些非编码区，而这不会影响基因的功能，并能够靶向多种突变和细胞类型，”该论文的第一作者，Izpisua Belmonte实验室的博士后研究员。“从概念上讲，我们专注于小鼠突变导致的过早衰老，这种突变很难使用现有的基因组编辑工具进行修复。”

科学家称这种新的基因敲入方法（SATI（细胞间线性化 S单一同源性 A rm供体介导的内含子- T整合 I整合的缩写）是对先前的HITI方法的改进。它针对基因组的其他区域。SATI的工作原理是将有问题的基因的正常副本插入突变位点之前的DNA的非编码区域。然后，该新基因通过几种DNA修复途径之一与旧基因一起整合到基因组中，从而使生物体摆脱了原始突变基因的有害影响，而无需冒与完全取代它相关的风险。

科学家在患有早衰的活小鼠中测试了SATI技术，这是由LMNA基因突变引起的。患有早衰症的人和小鼠都表现出过早衰老，心脏功能障碍的迹象，并且由于一种称为早衰素的蛋白质的积累而大大缩短了寿命。通过使用SATI，将LMNA基因的正常副本插入早衰小鼠中。研究人员能够观察到包括皮肤和脾脏在内的多个组织衰老的特征，以及寿命的延长（与未经治疗的早衰小鼠相比增加了45％）。如果将类似的寿命延长到人类，则将超过十年。因此，SATI系统代表了首个体内基因校正技术，该技术可以靶向多种组织类型中DNA的非编码区。

从左起：Juan Carlos Izpisua Belmonte，Reyna Hernandez-Benitez，Pradeep Reddy和Mako Yamamoto。

接下来，该团队旨在通过增加整合新DNA的细胞数量来提高SATI的效率。

“特别是，我们将研究涉及DNA修复的细胞系统的细节，以进一步完善SATI技术，以实现更好的DNA校正，”论文的第一作者，伊斯皮苏阿·贝尔蒙特（Izpisua Belmonte）的博士后研究员Reyna Hernandez-Benitez说。实验室。

其他作者包括铃木启一郎，鲁帕·德维·索利加拉，埃米·艾泽瓦，波米雪·波纳卡纳，栗田正一，普拉迪普·雷迪，亚历杭德罗·奥坎波，石田智明，樱井正宏，萨米的艾米·N·内莫斯，康塞普西翁·罗德里格斯·埃斯特万李哲，克里斯托弗·魏和加州大学圣地亚哥分校的张坤；圣安东尼奥·德·穆尔西亚卡特里卡大学的EstrellaNuñezDelicado；德克萨斯大学西南医学中心的Jun Jun;西班牙巴塞罗那医院诊所的Josep M. Campistol；沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的Pierre Magistretti；西班牙诊所CEMTRO的佩德罗·吉伦（Pedro Guillen）；中国北京华大基因研究院的龚建辉，袁一琳和谷英。中国科学院刘光辉和西班牙奥维耶多大学的卡洛斯·洛佩斯·奥丁（CarlosLópez-Otín）。

这项工作由2016年Salk妇女与科学特别奖，JSPS KAKENHI（15K21762和18H04036），武田科学基金会，上原纪念基金会，国立自然科学研究院（BS291007），住友基金会（170220），内藤基金会，仓田赠款（1350），町田纪念基金会，稻盛基金会，广东省基因组读写重点实验室（No.2017B030301011），广东省BGI合成基因组学院士工作站（No.2017B090904014），深圳孔雀计划（No. KQTD20150330171505310），Leona M.和Harry B.Helmsley慈善信托基金（2012-PG-MED002），G.Harold和Leila Y.Mathers慈善基金会，美国国立卫生研究院（R01HL123755和5 DP1 DK113616），Progeria研究基金会，Glenn基金会，KAUST，The Moxie基金会，FundaciónPedro Guillen博士，FutbolistasEspañoles基金会和圣安东尼奥·德·穆塔大学西亚（UCAM）。

铃木圭一郎，山本真子，雷纳·埃尔南德斯·贝尼特斯，李丽，克里斯托弗·魏，鲁帕·德维·索利加拉，埃米·艾泽瓦等人，通过单同源臂供体介导的内含子靶向基因整合进行精确的体内基因组编辑，以进行遗传疾病校正，“细胞研究（2019年）。DOI：10.1038 / s41422-019-0213-0

抽象的

体内基因组编辑是理解基本生物学和治疗遗传性疾病的有力策略。然而，开发一种通用且有效的体内基因组编辑工具仍然是一个挑战，该工具可用于对处于胶合状态或非胶合状态的正常细胞类型的组织进行处理。在这里，我们描述了一种通用的体内基因敲入方法，该方法能够通过使用细胞内线性化的单同源臂供体在目标基因基因座的内含子处插入小基因，从而靶向广泛的突变和细胞类型。作为概念验证，我们集中于由显性点突变引起的过早衰老的小鼠模型，该模型很难使用现有的体内基因组编辑工具进行修复。使用我们的新方法进行的系统治疗改善了与衰老相关的表型，并延长了动物的寿命，从而突显了这种方法在体内基因组编辑的广泛应用中的潜力。