揭示使用 CRISPR-Cas 基因剪刀的严重副作用：AZD7648 分子可以破坏部分基因组

Josiah02 · 发表于 2024-12-9 01:55:07

近年来，利用各种 CRISPR-Cas 分子复合物进行基因组编辑的进展迅速。全球数百家实验室正在努力将这些工具应用于临床，并不断推进它们的发展。
CRISPR-Cas 工具使研究人员能够以精确和有针对性的方式修改遗传物质的单个组成部分。基于此类基因编辑的基因疗法已用于治疗遗传疾病、抗击癌症以及培育耐旱耐热作物。
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CRISPR-Cas9 分子复合物又称基因剪刀，是全球科学家使用最广泛的工具。它在需要修改遗传物质的精确位置切割双链 DNA。这与不切割双链的新型基因编辑方法形成鲜明对比。
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切割激活了细胞用来修复此类损伤的两种自然修复机制：一种是快速但不精确的机制，它只能重新连接切割 DNA 的末端；另一种是缓慢而精确的机制，它并非在每种情况下都激活。后者需要可复制的修复模板才能准确地重新连接切割位点的 DNA。
这种缓慢的变体被称为同源定向修复。研究人员希望使用这种修复方法，因为它可以将单个 DNA 片段精确整合到所需的基因区域。这种方法非常灵活，可用于修复不同的疾病基因。
苏黎世联邦理工学院基因组生物学教授雅各布·康 (Jacob Corn) 表示：“原则上，它可以用来治疗任何疾病。”
用一个分子提高效率
为了让细胞使用同源定向修复，研究人员最近开始使用一种名为 AZD7648 的分子，它可以阻止快速修复并迫使细胞使用同源定向修复。这种方法有望加速更有效的基因疗法的开发。这些新疗法的初步研究结果很好。事实证明，好得令人难以置信。
由康恩领导的研究小组发现，使用AZD7648有严重的副作用。该研究已发表在《自然生物技术》杂志上。
大规模基因改变
尽管 AZD7648 如预期那样能够利用 CRISPR-Cas9 系统促进精确修复，从而实现精确的基因编辑，但在相当一部分细胞中，这导致了原本预计可以在不留下疤痕的情况下进行修改的基因组部分发生了巨大的基因变化。
ETH 的研究人员发现，这些变化导致成千上万个 DNA 构件（即碱基）被删除。甚至整条染色体臂都断裂了。这导致基因组不稳定，对通过该技术编辑的细胞造成不可预测的后果。
“当我们分析基因组中被编辑的位点时，它看起来是正确和精确的。但当我们更广泛地分析基因组时，我们看到了巨大的遗传变化。当你只分析短的、编辑过的部分及其邻近区域时，这些变化是看不到的，”Corn 团队的博士后研究员、这项研究的第一作者 Grégoire Cullot 说。
损坏程度很大
负面影响的程度令研究人员感到惊讶。事实上，他们怀疑他们还没有完全了解损害的程度，因为他们在分析被改造的细胞时没有查看整个基因组，而只查看了部分区域。
因此需要新的测试、方法和法规来明确损害的程度和潜力。
但 ETH 的研究人员是如何意识到这个问题的呢？在其他研究中，研究人员展示了当添加 AZD7648 时 CRISPR-Cas9 基因编辑的高效性和精确性。“这让我们产生了怀疑，所以我们进行了更仔细的研究，”Corn 说。
随后，ETH 的研究人员不仅分析了编辑位点周围的 DNA 构建块序列，还分析了更广泛的环境中的 DNA 构建块序列。他们发现了使用 AZD7648 引起的这些不良和灾难性副作用。
他们的研究首次描述了这些副作用。其他研究小组也对这些副作用进行了研究，并支持了 ETH 研究人员的发现。他们还打算发表他们的研究结果。“我们是第一个说并非一切都很美好的人，”Corn 说。
“对我们来说，这是一个重大挫折，因为和其他科学家一样，我们曾希望利用新技术来加速基因疗法的发展。”
新事物的开始
尽管如此，科恩表示，这不是结束，而是利用 CRISPR-Cas 技术进一步推进基因编辑的开始。“任何新技术的发展都是一条坎坷之路。一次失误并不意味着我们放弃这项技术。”
将来，我们或许可以通过使用多种不同物质的混合物来促进 HDR，而不是仅仅使用一种分子来避免这种危险。“有许多可能的候选者。我们现在需要找出这种混合物必须由哪些成分组成，才能不损害基因组。”
基于 CRISPR-Cas 系统的基因疗法已成功应用于临床实践。例如，近年来，一百名患有遗传性疾病镰状细胞性贫血的患者接受了基于 CRISPR-Cas 的疗法治疗，而无需使用 AZD7648。
“所有患者都被认为已经治愈，并且没有副作用，”康恩说。“因此，我对这种基因疗法将成为主流持乐观态度。问题在于哪种方法是正确的，以及我们需要做什么才能让尽可能多的患者安全地使用这种技术。”

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