近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部教授薛天研究組、中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所研究員仇子龍研究組合作，結(jié)合視覺神經(jīng)生物醫(yī)學(xué)與創(chuàng)新基因編輯技術(shù)，首次通過同源重組修復(fù)方法(Homology directed repair， HDR)在小鼠視網(wǎng)膜非分裂感光細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)基因修復(fù)，使視網(wǎng)膜色素變性小鼠重獲部分視覺功能。

視網(wǎng)膜色素變性是一種常見遺傳性眼科疾病，表征為患者視網(wǎng)膜內(nèi)感光細(xì)胞逐漸退化，出生后伴隨嚴(yán)重夜盲，視覺區(qū)域逐漸減小直至徹底失明，尚無有效治療手段。CRISPR-Cas9基因編輯是治療遺傳性疾病的潛在手段之一，切割基因組后一般會發(fā)生兩種DNA修復(fù)機(jī)制：非同源末端連接(NHEJ)和同源重組修復(fù)。HDR可精準(zhǔn)將錯(cuò)誤基因根據(jù)模板修復(fù)為正確序列，具有更為優(yōu)秀的治療遺傳性疾病潛力。直接基因編輯修復(fù)受遺傳突變影響器官的成體細(xì)胞，可在定點(diǎn)恢復(fù)受累器官功能的同時(shí)又不觸及生殖細(xì)胞，是安全有效的基因編輯治療遺傳疾病策略。但自然發(fā)生的HDR依賴于細(xì)胞有絲分裂，對于出生后失去分裂能力的多種體細(xì)胞(例如感光細(xì)胞)來說，HDR發(fā)生效率極低，難以實(shí)現(xiàn)在體基因修復(fù)。這成為阻礙CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)用于成體體細(xì)胞治療遺傳性疾病的關(guān)鍵點(diǎn)。

為了解決上述問題，實(shí)現(xiàn)HDR對視網(wǎng)膜色素變性等遺傳性疾病的精準(zhǔn)治療，該研究在CRISPR/Cas9基礎(chǔ)上，創(chuàng)新引入了MS2-RecA復(fù)合蛋白系統(tǒng)。RecA為原核表達(dá)的可促進(jìn)同源重組的蛋白酶，研究人員通過改造獲得具有MS2結(jié)合區(qū)的向?qū)?/span>RNA，使MS2可與其結(jié)合。MS2-RecA復(fù)合蛋白即可在DNA切割部位附近招募更多模板DNA，并協(xié)助同源重組的發(fā)生，從而提高在體同源重組修復(fù)的效率。這種利用Cas9/RecA的新型基因編輯方法被稱為Targeted-RecA Enhanced homology-Directed repair，簡稱TRED。利用這一方法，該研究成功實(shí)現(xiàn)了TRED矯正非分裂期感光細(xì)胞的基因突變，在基因水平、cDNA水平和蛋白水平上，修復(fù)了視網(wǎng)膜內(nèi)視桿細(xì)胞的視網(wǎng)膜色素變性突變，遏制部分視桿和視錐細(xì)胞的退化，修復(fù)視網(wǎng)膜色素變性小鼠的部分視覺感光能力。

該研究實(shí)現(xiàn)了出生后非分裂細(xì)胞的同源重組基因矯正和相關(guān)器官功能修復(fù)，提出的TRED方法有望應(yīng)用于多種人類遺傳疾病的在體治療。