典型的CRISPR基因編輯技術是使用內切酶Cas9切斷DNA雙股,方能插入、移除DNA、或將DNA易位。然而雙股的斷裂可能導致DNA在修復過程中意外突變,甚至嵌入外源DNA,因此CRISPR/Cas9始終存在臨床應用的安全性隱憂。
為了最大限度減少這些意外突變,研究團隊找到一種能讓Cas9僅在DNA的單股上產生切口,而不會引發雙股斷裂的方式,並命名為NICER(multiple nicks induced by Cas9 nickase and a homologous chromosome as an endogenous repair template)。
該研究第一作者富田亜希子表示,使用NICER技術,就能透過內切酶Cas9誘導的多個切口和同源染色體作為內源修復模板,藉此修複染色體的雜合突變(heterozygous mutations)。
儘管突變位點附近的單一切口很少被成功校正,只要在同源染色體產生多個缺口(MNs),就能活化細胞的修復機制,其中包括BRCA1和BRCA2兩個參與同源重組的重要蛋白質,這便大大提升了同源間同源重組(interhomolog homologous recombination)的校正效率。
研究人員使用具有TK1基因雜合突變的人類淋巴母細胞,以Cas9內切酶對TK1區域產生單個切口,並觀察到TK1基因以較低效率被修復;而當他們用Cas9對兩條同源染色體產生多個切口時,發現TK1基因被同源重組修復的效率提升了約17倍。
研究員中田慎一郎表示,後續實驗的基因體分析顯示,NICER基因編輯技術很少引發脫靶突變,且能順利修復雜合突變導致的遺傳性疾病的細胞,使基因表現恢復正常。
由於NICER技術不涉及DNA雙股斷裂,也不會嵌入外源DNA,因此基因體不太會發生預期外的改變。除了提供典型CRISPR/Cas9的替代方案,NICER或許還能作為雜合突變遺傳性疾病的全新治療方式。
參考資料: https://www.genengnews.com/topics/genome-editing/new-genome-editing-method-nicer-may-reduce-off-target-mutations/
(編譯/熊佳駒)