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照束光就能切割肿瘤基因?华东师范大学研发新型光控基因编辑系统

2020-07-15 14:10:14 720

光也可以用作开关来控制基因编辑,甚至用于肿瘤治疗?

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图片来源:科学进展

7月11日,《彭超新闻》从华东师范大学获悉,华东师范大学生命科学学院和华东师范大学医学合成生物学研究中心的一组研究人员成功开发了一种新的光控分裂Cas9基因编辑系统(简称FAST系统)。该系统的开关是波长为730纳米的远红光,可由特定的发光二极管光源发出。

7月11日凌晨,一篇相关论文在国际学术期刊《科学进展》上发表,论文题目为“构建远红光调控基因编辑系统用于体内组织器官的基因编辑”。

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据研究人员介绍,CRISPR-Cas9基因编辑技术作为近年来新出现的第三代基因编辑技术,不仅保证了良好的靶向效率,而且更简单、更快速、更高效,成本大大降低,受到科学界的广泛关注,成为生命科学史上的一个里程碑式的生物技术。然而,CRISPR-Cas9系统由于其不可控制性会产生非目标效应,从而带来严重的不可预测的副作用。此外,不能实现具有时间和空间特异性的精确基因编辑。

为了解决上述问题,本研究采用低强度远红光外照射作为控制手段,可以在时间和空间上特异性、准确地控制体内深层组织器官的基因编辑。

研究人员测试了快速系统在A549异种移植肿瘤模型小鼠疾病治疗中的应用潜力。他们将FAST系统输送到小鼠肿瘤中,然后通过发光二极管远红光的照射切断肿瘤癌基因PLK1。实验结果表明,可以显著抑制肿瘤的生长。

细胞实验的结果表明,该系统可以在体外培养的各种哺乳动物细胞中诱导一个或多个内源基因的编辑,包括非同源末端连接(NHEJ)和同源定向修复(HDR)。在黑暗条件下,几乎没有背景泄漏。

在动物实验中,通过水动力尾静脉注射,将该系统递送至[含LOXP-STOP-LOXP-TDTomotion盒的GT(Rosa)26 Sortm 14(CAG-TDTomotion)HZE]小鼠的肝脏。番茄红色荧光蛋白只有在Cas9切割和编辑loxP-STOP-loxP终止信号区的DNA时才能表达。因此,通过观察小鼠肝脏中番茄红素的表达,我们可以知道肝细胞中的脱氧核糖核酸是如何被编辑的。实验结果表明,与对照组相比,td番茄基因在光照小鼠的肝脏中显著表达。

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图片来源:科学进展

据研究人员介绍,上述研究结果表明,该系统具有低背景泄漏、低离靶效应、低毒性、高时空特异性和强组织穿透性等优点,并提供了一种新的可控基因编辑工具。

叶海峰研究员表示,该研究作为一个精确可控的基因编辑技术平台,拓展了目前的CRISPR-Cas9基因编辑工具箱,有望应用于基因功能研究和遗传病、肿瘤等疾病的精确可控治疗。

这项研究是基于叶海峰研究小组近年来进行的光遗传学研究的进一步研究成果。2017年,该研究小组在《科学转化医学》(Science Translational Medicine)杂志上发表了一篇封面研究文章,利用远红光控制基因表达,实现了通过智能手机超远程控制光敏细胞释放胰岛素治疗糖尿病的目标,颠覆了口服和注射降糖药物控制血糖的传统方法。2018年,该研究小组在美国科学院杂志《PNAS》上发表了一篇研究论文,将远红光调控转基因表达控制系统与CRISPR-dCas9技术相结合,实现表观遗传操作,诱导干细胞分化为功能性神经细胞。

纸质链接:https://advances.sciencemag.org/content/6/28/eabb1777

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