新CRISPR技术“跳过”潜在致病基因

伊利诺伊大学的研究人员修改了CRISPR基因编辑技术，触发细胞内部机制在基因转录成蛋白质时跳过基因的一小部分。换句话说，这可以消除突变基因序列，而不影响基因表达和调控。

CRISPR技术通常是在靶基因启动前切断DNA来关闭基因表达，但是当DNA重新结合后，容易诱发突变，这种情况可能导致的新问题包括非预期位置DNA断裂以及断裂的DNA重新附着在其他染色体上。

这篇新发表在《Genome Biology》文中提到了一种名为CRISPR-SKIP的新技术，它不破坏DNA链，而是改变目标DNA序列的某个单点。

哺乳动物细胞中，基因由分割的外显子组成，外显子散布在基因组各区，位于它们之间的内含子序列似乎不编码任何物质。当细胞机器将基因转录成RNA以备翻译成蛋白质时，DNA序列中有明确信号表明哪些部分是外显子，属于基因的一部分，细胞挑选编码区将其拼接成RNA，得到用于制造蛋白质的连续RNA模板。

CRISPR-SKIP改变外显子序列起始前的单个碱基，使细胞将其认为是为非编码部分。“当细胞将外显子认作非编码DNA时，这段外显子就不包含在成熟RNA中，从而便可有效地从蛋白质中去除相应氨基酸，”文章一作、生物工程研究生Michael Gapinske说。

项目领导者生物工程教授Pablo Perez-Pinera博士说：“跳过外显子让蛋白质缺少几个氨基酸，截短的蛋白质通常保留部分或全部活性，可能足以恢复某些遗传疾病功能。”

研究人员还说，其他跳过外显子或敲除氨基酸的方法通常不能永久地改变DNA，需要患者终生重复管理。

“CRISPR-SKIP可永久地敲除外显子，换句话说，单一治疗即可实现对疾病的长期校正，”物理学研究生、文章共同一作Alan Luu说。“这个过程也是可逆的，同样适用于打开外显子。”

他们在人类和小鼠的多种细胞系（包括健康和癌症）中检测了该技术。“我们在三种不同的哺乳动物细胞系中进行了测试，也在癌细胞系中得到证明，所以我们想也许它也可靶向致癌基因，”Song说。“我们还没有在体内进行验证，这将是我们的下一步研究计划。”

他们对处理后的细胞进行DNA和RNA测序，发现CRISPR-SKIP系统可以靶向特定碱基并以高效的方式跳过外显子，而且，如果有需要的话，还可以使用不同靶向CRISPR-SKIPs组合跳过某个基因中多个外显子。研究人员希望在活动物体内测试其效率，这是评估治疗潜力的首要步骤。

“例如，我们只需纠正5-10%的细胞，就足以使杜氏营养不良症达到治疗效果，我们的研究表明，在许多细胞系中，CRISPR-SKIPs的修正率超过了20-30%，”Perez-Pinera说。

研究小组建立了一个Web工具，帮助其他研究人员搜索是否可以使用CRISPR-SKIP技术靶向目标外显子，同时，最小化它们与基因组中类似位点结合的可能性。

研究人员检索到了一些可能导致脱靶的突变位点，他们正在努力优化CRISPR-SKIP。“生物学是复杂的，人类基因组含有超过30亿个碱基。在相似的非预期位点着陆的机会绝不容忽视，这是任何基因编辑技术都应该有意识避免的，”Song说。“我们花了大量时间进行测序以寻找对医学治疗具有潜在危害的脱靶突变，希望通过改进CRISPR-SKIP的特异性改善基因编辑未来，搬开这个主要障碍，我们就可以开始解决以基因治疗为基础的广泛临床问题了。”

原文标题

CRISPR-SKIP: programmable gene splicing with single base editors

（转化医学网360zhyx.com）