利用CRISPR编辑人类种系

由玛丽传动装置

玛丽传动

注:本博客发表后,一个生物XIV预印刷品那些问题释放了同源间重组的结论。此博客尚未以响应本文更新。

任何暗示克里普尔克编辑人类胚胎遭到了媒体铺天盖地的报道。但8月2日发表在《自然》(Nature)杂志上的这篇论文让我们有了更多的可谈之处,因为它代表着对致病突变的CRISPR种系编辑又迈出了一步。但我们离成功还有多远?这篇论文又提出了哪些新问题?我们将仔细研究这篇论文,了解Shoukhrat Mitalipov和他的同事们已经取得的成就,以及该领域将如何从这项工作中向前发展。

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让我们从纸张开始:马等。有兴趣纠正常染色体显性突变mybpc3.这会导致肥厚性心肌病。一成年雄性,杂合4 bp缺失mybpc3.捐献的皮肤、血液和精液样本。Ma等人设计了含有Cas9和两种不同的质粒GRNA.,用ssODN修复模板对患者诱导的多能干细胞进行电穿孔。对于第一个gRNA,他们注意到低编辑效率,总靶向效率只有27.9%homology-directed修复(HDR)发生于编辑过的细胞的41.2%。第二种gRNA的靶向效率更低:13.1%,只有13%的编辑细胞使用HDR。

Ma等人利用gRNA 1在受精后18小时对S期受精卵进行微量注射实验。他们观察到比诱导多能干细胞更高的靶向效率,但有马赛克现象的警告。为了解决这个问题,他们将CRISPR机制和精子一起注射到M期卵母细胞中,这样就可以在DNA复制之前进行修复。事实上,他们观察到42个胚胎中有41个在受精后3天没有花叶。

自Ma等人以来设计了具有两个同义突变的修复模板,以将其与野生型等位基因区分开,它们能够区分从模板的修复与母体的修复mybpc3.等位基因。有趣的是,他们发现胚胎的修复不是来自Ma等人提供的单链寡核苷酸(ssODN)模板,而是来自母亲的野生型等位基因(图1)。72.4%的胚胎携带两个野生型副本mybpc3.27.6%的胚胎在突变位点携带indels,表明修复过程是通过NHEJ而不是HDR进行的。

CRISPR EMBROFO修复

在后续表征研究中,编辑的胚胎以类似的速率进行胚泡阶段,以对未经处理的对照进行类似的速率。马等。在胚胎中的23个潜在的脱靶编辑位点进行测序,以及胚胎衍生-ES细胞的整体外壳测序。它们在选定的对照和CRISPR-Cas9注入胚胎中也进行了全基因组测序。在所有情况下,他们都没有观察到归因于CRISPR编辑的非目标效果。

结论和影响

本文的一个引人注目的特征是使用提供的SSODN模板进行胚胎的故障。In fact, this finding led the authors to title the paper “Correction of a pathogenic gene mutation..” rather than using term ‘editing.’ While repair using endogenous chromosomal DNA is appealing for heterozygous mutations, it will clearly be much more challenging for homozygous mutations. Moreover, introducing new DNA seems impossible with current tools, thus quieting some fears about the creation of “designer babies.”

编辑之间的差异“诱导多能性”细胞如果我们的社会决定在疾病预防的情况下允许胚系编辑,那么胚胎就有理由对胚胎进行研究。然而,重要的是要考虑到已经测试的CRISPR替代品在许多情况下都适用。对于肥厚性心肌病和其他遗传性疾病,植入前遗传学诊断(PGD)对胚胎进行筛查,以发现那些不携带特定的显性致病基因或只携带一个隐性基因副本的胚胎。Ma等人声称CRISPR仍然有助于增加可存活的胚胎,特别是对年龄较大的母亲,对她们来说,取卵往往会导致较少的卵子。然而,除了体外受精的费用外,这种治疗的潜在惊人费用使这种论点目前不那么令人信服。

围绕基于CRISPR的疗法的另一个问题是定义偏离目标编辑或镶嵌的测试水平。虽然MA等人。看着各种预测的偏离目标效果,它们将整个基因组测序限制为小百分比的编辑胚胎。由于产生的胚胎未被用于建立怀孕,因此研究人员能够检查每个单独的卵泡以确定其基因型。然而,IVF不可能对该详细分析,因为大多数细胞都需要适当的开发。Ma等人。的实验表明了马赛克率为3%,在考虑临床应用之前,这种速率需要很多。

重要的是要考虑更广泛适用于CrispRpRefline编辑的问题。自然新闻提到了mybpc3.研究中使用的GRNA几乎没有预测偏离目标效果,但这优势可能不会转移到我们想要瞄准的所有基因。此外,随着目标编辑率随着GRNA对GRNA的差异很大,目前尚不清楚该研究将在编辑成功率方面下降。如果疾病等级胚胎的百分比增加了60%,那么Crispr仍然是一个特定的疾病吗?遗憾的是,鉴于胚胎和IPS模型中Crispr修复之间的差异,似乎胚胎研究是回答效率和适用性问题的唯一途径。鉴于围绕这些研究的道德和道德担忧,科学家谨慎行事至关重要,并从监管和伦理委员会组成的监管和道德委员会的监督委员会是至关重要的。

浅谈非生物学家朋友的研究

像我一样,你可能看过这项研究(以及各种文章和评论)弹出推特Facebook,生物学家和非生物学家都有。鉴于这项研究的公共意义,我们有义务尽可能公开和准确地讨论它。我们必须注意到,CRISPR并不是一颗“魔弹”:它的使用总是伴随着一些不确定性。

作为生物学家,我们有能力理解这篇论文的结果,当我们看到它时,我们应该愿意纠正这种炒作。这篇论文代表了我们对CRISPR如何在胚胎中发挥作用的理解上的巨大进步,但也表明,在我们考虑将种系编辑应用于临床之前,还需要进行更多的实验。尽管这篇论文代表了CRISPR领域的一大步,但重要的是要记住,这项研究还没有实现任何目前的技术(如PGD)无法实现的最终目标。


参考

马,洪,等。“纠正人胚胎中的致病基因突变。”自然。2017年8月2日epub。DOI:10.1038 / Nature23305。PubMed.PMID:28783728

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