新方法比双打干细胞编辑效率

宾夕法尼亚大学的国家主导的跨学科研究团队开发了技术来提高CRISPR-Cas9的效率,基因组编辑技术,赢得了2020年的诺贝尔奖。虽然CRISPR-Cas9更快,更便宜和更精确的比其他基因编辑方法,根据项目负责人)“兰斯”丽安,副教授宾夕法尼亚州立大学的生物医学工程和生物技术有一定的局限性,特别是在应用程序改善人类健康。

研究人员开发了一个更有效和可访问过程应用CRISPR-Cas9系统在人类多能干细胞(hPSCs),来自联邦政府批准的干细胞系,连说可以大大推进诊断和治疗遗传疾病。

CRISPR-Cas9,代表定期聚集空间短回文重复和CRISPR-associated蛋白质9,使科学家能够目标精确的遗传密码的位置改变DNA,可能提供机会来创建新的诊断工具和正确的治疗基因突变导致的疾病。

“人类基因组是巨大的,CRISPR-Cas9使科学家们找到一个突变基因和目标为目的的研究,“丽安说。

CRISPR使用光盘的遗传物质,称为质粒DNA,将引导核糖核酸(RNA)职位Cas9酶在目标基因的精确位置。当DNA位于Cas9结合削减它,允许其他DNA修复。研究人员可以看到取消改变基因的表达。但是有交付和编辑效率问题目前dna CRISPR方法,根据丽安。

“交付DNA CRISPR效应器很低,”他说。“只有20%到30%的目标细胞使用CRISPR时将获得DNA基因编辑。交付的RNA在细胞可以更有效;然而,当常规的RNA介绍,细胞可以认为这是一个病毒。他们摧毁RNA才能使蛋白质——比如说,短短几个小时,在这一过程中,破坏基因编辑尝试。”

改善的结果,研究人员改变了基因组编辑工具的方式交付给干细胞,使用修改后的RNA (modRNA)。modRNA不同于普通的DNA,它取代的一个基地基质中发现RNA化学修改版本,它由强大的支撑结构稳定。

“modRNA被发现明显比质粒DNA更有效,”丽安说。“大约90%的细胞获得了modRNA从一个简单的转染,所以它能够保持和做它的工作。”

研究人员还发现,的时间modRNA到位是理想:足够长的时间来修改引起的细胞,但不久它日常活动。但modRNA引入了另一个问题,根据丽安。

当modRNA Cas9成功交付到目标基因,它创建一个基因组中双链断裂,一些细胞将尝试修复。那些可以通过修复修复自己,或“突变”,他们的后代。这是过程的研究人员想要更好的理解,这是他们想要的细胞收获和研究。丽安说,问题是,大多数细胞这打破识别基因组,并将它作为一个主要的问题自毁而不是试图修复自己。

减少有毒副作用的Cas9帮助编辑细胞存活,丽安的团队引入了一个小的蛋白质,帮助细胞生长。根据丽安,这增加了蛋白质抑制细胞死亡和改进Cas9编辑效率高达84%。

研究人员还发现,modRNA可以改善其他基因编辑技术,如基本编辑。基本编辑可以敲除基因或基因组中正确的突变通过蛋白质改变单核苷酸,而不是削减两股,像CRISPR一样。

“我们转染干细胞plasmid-based或编辑modRNA-based基地蛋白质,”丽安说。“我们modRNA-based方法更高效的四倍多,达到了68%,比plasmid-based技术,在16%左右,在基因组编辑成功。”

根据丽安,随着越来越多的基因编辑实验室提高基因编辑效率和效果,研究人员将能够更快地更好地理解基因和它们的功能。

“人体有20000多个基因,然而我们研究的功能只有约10%的他们,”丽安说。“每个剩余基因研究的目的,一次一个,可能需要一辈子。使用从我们的高效基因编辑工程干细胞技术能大大加快这一过程。”

参考:江Haideri T, Howells, Y,杨J,保X,丽安XL。健壮的基因组编辑通过modRNA-based Cas9人类多能干细胞或基本编辑器。细胞代表方法。2022:100290。doi:10.1016 / j.crmeth.2022.100290

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