基因治疗提供可能的治疗镰状细胞病

基因疗法改变血红蛋白基因可能是一个解决治疗镰状细胞病(SCD)和β地中海贫血。这两个常见的危及生命的贫血折磨着全球数以百万计的人。科学家们圣裘德儿童研究医院和麻省理工和哈佛大学使用新一代基因组编辑技术,腺苷基编辑、重新启动胎儿血红蛋白表达SCD患者细胞。胎儿血红蛋白的方法提高了表达更高,更稳定、更统一的水平比其他基因组编辑技术,使用CRISPR / Cas9核酸酶在人类造血干细胞。这项研究结果发表在自然遗传学。

镜头分割和β地中海贫血是血液疾病影响数以百万计的人;突变基因编码一个成人版本的携带氧气分子血红蛋白引起这些疾病。恢复基因表达的另一种胎儿血红蛋白亚基活跃在发展中曾显示SCD和β地中海贫血患者的治疗中获益。研究者们想找到和优化基因技术编辑胎儿血红蛋白的基因。一个变更由腺苷基地安装编辑特别有效的产后恢复胎儿血红蛋白表达的红细胞。

“我们展示基地编辑显著增加胎儿血红蛋白的水平,“主通讯作者说乔纳森日元博士,圣裘德治疗性基因工程集团董事。“现在,我的治疗基因工程团队已经努力工作,开始优化基础编辑这种技术转移到诊所。”

血红蛋白是关键

成人血红蛋白,主要表达在出生后,包含四个蛋白亚基——两个β球蛋白和两个身体里。β球蛋白基因的突变导致镰状细胞病和beta-thalassemia。但人类有另一个血红蛋白亚基基因(gamma-globin)、胎儿发育过程中表达而不是β球蛋白。Gamma-globin与身体结合形成胎儿血红蛋白。通常在出生,gamma-globin表达式是关闭的,从胎儿和β球蛋白,切换到成人血红蛋白。基因组编辑技术引入打开gamma-globin基因突变,从而增加胎儿血红蛋白生产,可有效替代有缺陷的成人血红蛋白生产。

“基于我们使用编辑器来创建一个新的TAL1转录因子结合位点导致胎儿血红蛋白特别强烈的感应,“日元说。“创建一个新转录因子结合位点需要一个精确的碱基对变化——这不能使用CRISPR-Cas9没有产生不需要的副产品从双链断裂和其他潜在的后果。”

“gamma-globin(胎儿血红蛋白)基因是一个很好的目标为基础编辑因为有非常精确的突变,可以恢复其表达诱导表达出生后,这可能提供了一种强大的“一刀切”治疗所有突变导致SCD beta-thalassemia,“共同通讯作者说米切尔韦斯,医学博士博士,圣裘德部门血液学椅子上。

因此,科学家们想要恢复胎儿血红蛋白表达,因为它是一个更普遍的治疗血红蛋白疾患纠正SCD突变或数以百计的突变导致β地中海贫血。增加胎儿血红蛋白表达有可能治疗获益最多的化合物或β地中海贫血患者,不管他们的诱发突变。研究人员先前显示原理与多个基因组编辑方法,但这项研究首次系统地比较这些不同的策略的有效性。

“我们看起来密切个人DNA序列的核酸酶的结果和基础编辑用于制造治疗胎儿血红蛋白基因的编辑。由于核酸酶常常生成复杂,许多不同的DNA序列的结果不受控制的混合物,我们每个nuclease-edited序列如何影响胎儿血红蛋白表达特点。然后我们做了相同的基本编辑结果,更均匀,“ 共同通讯作者 说大卫刘博士,理查德·梅金 教授广泛的麻省理工学院和哈佛大学的实验室在2016年发明了基本编辑。 

研究发现,在最有效的网站使用基本编辑gamma-globin启动子住宅水平达到了2 - 4倍大于Cas9编辑。他们进一步表明,这些基地编辑可以保留在华从健康的捐赠者和SCD患者血液干细胞,将它们放入小鼠免疫功能不全的。

解决安全问题

“最终,我们表明,并不是所有的遗传方法是相等的,“日元说。“基本编辑器可以创建更有效和精确编辑比其他技术。但是我们必须做更多的安全测试和优化。”

为了安全相比,基本编辑造成更少的基因毒性事件,如激活p53和大型删除。基本的编辑和编辑更一致的产品——一个高度为临床治疗理想的安全属性。相比传统Cas9,不受控制的插入和删除突变的混合物称为“indels”基地编辑生成精确的核苷酸变化很少有不受欢迎的副产品。

“在我们的比较中,我们发现意外的问题与传统Cas9核酸酶,”Weiss说。“我们有些惊讶,不是每个Cas9插入或删除了胎儿血红蛋白相同的程度,表明潜在的异构生物技术成果。“小组发现个别红细胞来源于造血干细胞处理相同Cas9产生更多的变量数量的胎儿血红蛋白相比,细胞治疗基本编辑。因此,基础编辑产生更有效、可靠和一致的结果,这是理想的治疗特性。

虽然基地编辑表现良好,研究人员尚未确定其安全的病人。值得注意的是,基础编辑可能会有一些风险不是Cas9提出的;例如,一些早期的基本编辑器可以导致非正常改变基因组DNA或RNA在非目标网站。组显示这些变化相对较小,而不是预测是有害的,但更深层次的研究是必要的充分评估这些风险。