近日，哈佛醫(yī)學(xué)院和波士頓兒童醫(yī)院的科學(xué)家們使用一種新的基因編輯方法，挽救遺傳性聽力受損小鼠，并且沒有任何明顯的脫靶效應(yīng)。該研究結(jié)果在線發(fā)表在《Nature Medicine》雜志上。

研究人員將攜帶有缺陷Tmc1基因的小鼠稱之為貝多芬小鼠。該基因的DNA序列中有一個(gè)錯(cuò)誤——腺嘌呤A取代了胸腺嘧啶T，這會(huì)導(dǎo)致小鼠聽力受損。在人體中，如果Tmc1基因發(fā)生突變會(huì)導(dǎo)致聽力逐漸喪失，甚至在25歲左右失聰。

新的CRISPR系統(tǒng)精準(zhǔn)切割

哈佛醫(yī)學(xué)院Blavatnik研究所的科學(xué)家改進(jìn)了傳統(tǒng)的CRISPR -Cas9系統(tǒng)，更好地識(shí)別引起耳聾的基因突變。傳統(tǒng)CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)是通過引導(dǎo)分子gRNA來識(shí)別靶突變體DNA序列。一旦確定了目標(biāo)DNA，切割酶Cas9就會(huì)剪斷它。

但是傳統(tǒng)CRISPR的準(zhǔn)確度并非完美無缺，Cas9酶并不能完全精確地到達(dá)靶點(diǎn)位置指導(dǎo)RNA切割，很有可能造成脫靶現(xiàn)象。

為了解決這個(gè)問題，研究人員開發(fā)新的基因編輯系統(tǒng)，它替換了傳統(tǒng)來源于釀膿鏈球菌的Cas9酶，采用了源于金黃色葡萄球菌的Cas9酶。

準(zhǔn)確切割，無脫靶效應(yīng)

在初步試驗(yàn)中，研究人員對(duì)含有Tmc1基因變異的細(xì)胞進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，修改后的基因編輯系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確區(qū)分突變的DNA和Tmc1基因副本中正常的DNA。進(jìn)一步分析顯示，在包含有一個(gè)缺陷基因和一個(gè)正?；虻募?xì)胞中，至少有99% 的CRISPR-Cas9切割只發(fā)生在缺陷基因拷貝中。

接下來，研究人員將基因編輯療法注射到小鼠的內(nèi)耳中。DNA分析表明，基因編輯活動(dòng)只發(fā)生在貝多芬缺陷小鼠的內(nèi)耳細(xì)胞中。在沒有基因變異的小鼠內(nèi)耳細(xì)胞中沒有檢測(cè)到基因編輯的跡象，這一發(fā)現(xiàn)證實(shí)了該工具的準(zhǔn)確性。

為了確定基因編輯療法是否干擾了正常的基因功能，科學(xué)家刺激沒有Tmc1基因缺陷同樣接受治療的小鼠的聽覺細(xì)胞。結(jié)果顯示并小鼠的聽力并沒有異常，這證明基因編輯療法對(duì)正?；蚬δ軟]有影響。

聽力恢復(fù)與健康老鼠無差別

為了證明這種療法不僅僅是對(duì)細(xì)胞有效，研究人員還對(duì)小鼠進(jìn)行了聽力黃金標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。他們測(cè)量了小鼠的聽覺腦干反應(yīng)，他們捕捉了內(nèi)耳毛細(xì)胞傳遞到大腦的聲音量。

檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，接受基因編輯治療兩個(gè)月后，貝多芬小鼠的聽力明顯好于未接受基因突變治療的小鼠。經(jīng)過治療的老鼠能夠探測(cè)到45分貝左右的聲音，這相當(dāng)于正常談話的音量，與健康老鼠幾乎沒有區(qū)別。更令人鼓舞的是，接下來近一年中小部分經(jīng)過治療的貝多芬小鼠情況穩(wěn)定，接近正常的聽力。

如果不進(jìn)行治療，貝多芬小鼠會(huì)在在6個(gè)月大時(shí)就完全失聰。相比之下，沒有遺傳缺陷的老鼠一生都能保持正常的聽力，并能探測(cè)到30分貝左右的聲音。

波士頓兒童醫(yī)院耳鼻喉科和神經(jīng)病學(xué)教授Jeffrey Holt表示：“我們的工作為由一個(gè)缺陷基因副本引起的遺傳疾病打開了一扇精準(zhǔn)治療的大門。當(dāng)然這只是萬里長征的第一步。不過我們證明了，這種高度特異性、高度靶向的治療方法可以被開發(fā)出來，選擇性地抑制攜帶單個(gè)基因突變。這有望治療更多其他形式的人類疾病。”

參考資料：

[1] Optimized gene-editing tool prevents hearing loss in mice with hereditary deafness without detectable off-target effects

原標(biāo)題：Nature子刊： 基因編輯工具預(yù)防“貝多芬”小鼠聽力受損