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可能会降低阿尔茨海默病

可能会降低阿尔茨海默病

2019-07-12 19:45 作者:织梦园 围观:129

  在2018年感恩节后的第二天,加州大学伯克利分校的生物化学家Jennifer Doudna【她因对细菌免疫系统的研究,导致基因编辑技术CRISPR的发现及应用】收到了来自中国科学家贺建奎的电子邮件。虽然Doudna以前没有意识到他一直在努力创造世界上第一个“CRISPR婴儿”,但她一直担心与CRISPR相关的研究,需要在伦理道德达到共识。

  基因组编辑是一组用于以单碱基对精度改变细胞DNA的方法。 它是基因治疗的一种特定形式,通过基因组编辑进行细胞工程化有可能创造出一类新的治疗遗传和非遗传疾病的技术。基因组编辑已进入临床试验:应用包括纠正导致单基因疾病的变异,增强嵌合抗原受体(CAR)T细胞疗法和基于细胞的再生医学,合成生物学。

  另外,在同一期NEJM(IF=72)发表了3篇相关的基因编辑文章:The Future of Gene Editing — Toward Scientific and Social Consensus,Rogues and Regulation of Germline Editing及After the Storm — A Responsible Path for Genome Editing,这些文章主要聚焦基因编辑的未来,同时也阐述了对于生殖细胞的伦理框架的提出。最后Doudna提到:有些人因残疾而茁壮成长,有些人的遗传性疾病要么导致早逝,要么瘫痪,谁有资格决定改变这些孩子的命运是否合乎道德?“我们毫无疑问地对这种巨大的责任毫无准备,但是我们无法避免它。“毫无疑问,我们将花费数十年的时间来辩论是否以及如何在道德和安全的情况下使用生殖细胞编辑。

  早期研究的局限性在于它们使用特异性归巢内核酶,这是一种识别和切割特定DNA序列的酶(识别位点)。这种方法不能应用于人类细胞,雲顶国际娱乐因为识别位点不会发生在内源基因中。该问题通过工程化的核酸酶被顺利的解决,该核酸酶识别内源基因中的靶位点并刺激那些位点的基因组编辑。第一个这样的核酸酶是锌指核酸酶,其中具有特异性识别序列的DNA结合部分。目前,除了归巢核酸内切酶和转录激活因子样效应核酸酶外,还有各种各样的核酸酶使用,如Cas9(如下图)。每个核酸酶产生一个位点 - 细胞基因组中特异性的双链断裂,通过NHEJ或HDR激活修复。

  称为CRISPR-Cas9的核酸酶是从细菌适应性免疫系统开发的。然而,因为基因组编辑中使用的细菌系统中只有两个组成部分是 Cas9核酸酶和向导RNA(gRNA),该方法更准确地描述为Cas9-gRNA系统。 在基因组编辑中,Cas9核酸酶在gRNA与DNA靶位点结合后诱导的构象变化后切割DNA。

  最常用的Cas9酶来自化脓性链球菌(Streptococcus pyogenes)。 可以定制gRNA分子以优化与特定DNA靶位点的杂交,从而将Cas9-gRNA复合物引导至所需断裂的位点。与其他基因组编辑核酸酶系统相比,“ Cas9-gRNA指向其靶位点的指导由Watson-Crick碱基配对决定,这是一种易于设计的特征,该技术在全球得到了空前的应用。

  NHEJ是一种双链断裂修复,不需要“修复”模板。NHEJ介导的编辑通常用于所有细胞,它通常是准确的(以≥70%的比率),但可能会产生错误。 NHEJ是免疫系统细胞自然使用的过程,用于在编码免疫球蛋白和T细胞受体(TCR)的基因中产生遗传多样性。

  在将两端结合在一起的过程中,NHEJ机器可在断裂部位产生小的插入或缺失。可以插入断裂附近的外来DNA片段,这种现象在某些形式的基因组编辑中被利用。断裂任一侧的DNA片段末端,但使用此策略进行靶向整合的频率较低。如果在同一染色体上产生两个同时断裂且断裂非常接近,将产生高频率的删除突变。如果断裂位于不同的染色体上,则会产生易位。NHEJ介导的基因组编辑已被用于各种具有治疗应用潜力的策略中。

  在机制上,有两种不同类型的HDR。在HDR中,供体DNA模板被引入细胞,允许细胞与用作模板的供体DNA重新分离。经典的基因靶向供体模板具有与遗传变化相关的同源臂(每个超过400个碱基)。

  在同源重组中,细胞利用其分子重组机制合成与模板互补的新DNA,然后使用新的DNA来修复突破重组。这种形式的基因组编辑在减数分裂重组等过程中自然发生。可以进行各种大小的编辑,从单核苷酸改变到插入大的多基因盒。供体模板可以通过多种方式递送,包括病毒载体和裸DNA分子。

  为了实现高效编辑,必须将足够量的具有良好特异性的高活性核酸酶递送到细胞核中而不激活毒性细胞反应。在癌细胞系中,通常可以通过将cDNA(编码核酸酶,如Cas9)转染到细胞中来产生足够的核酸酶表达。然而,在具有完整抗病毒,细胞质DNA感应机制的原代人类细胞中,核酸酶必须作为信使RNA(mRNA)分子(细胞然后翻译)或作为核糖核蛋白复合物递送。

  还需要考虑递送的其他方面。例如,虽然mRNA在将核酸酶传递给原代人类细胞时优于质粒DNA,但mRNA可以诱导抗病毒I型干扰素反应;此外,核酸酶的延长表达或低特异性核酸酶的表达可导致持续激活,从而引发细胞周期停滞和细胞凋亡。

  核酸酶介导的基因组编辑启动双链断裂,这是基因组不稳定的一个来源,可能导致致癌突变。因此,相当大的努力集中在理解和最小化(通过工程)产生脱靶双链断裂。减少核酸酶表达的持续时间 - 例如,通过提供Cas9-gRNA作为核糖核蛋白复合物。

  评估基因组编辑安全性的一个挑战是,这种新型技术尚无经过验证的临床前检测方法。有不同的方法(例如,生物信息学,细胞捕获和体外)可用于识别可能存在脱靶的位点,但没有一种方法被确定为最有效的方法,并且每种方法都有自己的方法内在偏见。

  尽管可以检测到脱靶的插入缺失至一定程度的敏感性,但是没有数据可以提供关于离体或体内使用基因组编辑的安全水平的脱靶插入缺失的指导。目前的检测方法不够敏感,无法测量此类事件的发生频率,也未设计用于衡量此类事件的功能后果。

  原则上,数百种造血和免疫系统的遗传疾病可以通过使用这个技术来治愈。虽然其他器官系统的单基因疾病也可以通过基因组编辑进行基因“修复”,但仍然存在挑战,包括组织特异性干细胞的分离,扩增和移植(用于离体治疗)和基因组的传递 - 编辑受影响组织的机器。

  基因组编辑正在临床试验中用于改善CAR T细胞疗法,并且可以以许多其他方式使用。 NHEJ介导的编辑,用于通过敲除TCRA(编码TCRα)来去除T细胞的同种异体反应,也可以通过敲除B2M(编码β2-微球蛋白)来消除免疫原性。 HDR介导的编辑可用于确保基因插入特定基因座。

  基于细胞的疗法的一个通常未实现的承诺是使用细胞或干细胞来替换或恢复患病,受损或老化的组织。基因组编辑提供了一种细胞工程方法,以提高其效力和安全性。将再生医学与基因组编辑相结合的实例包括工程细胞分泌保护因子以防止神经变性。

  合成生物学涉及设计细胞以执行其通常不具有的功能。 现在可以编辑细胞以分泌治疗性蛋白质并使用这些细胞来影响动物的生理学。 结合基因组编辑和合成生物学的例子包括工程细胞分泌红细胞生成素或伤口愈合生长因子。

  2017年,由国家科学院,工程学和医学院共同承担的国际研究委员会得出结论认为,通过适当的监管监督(目前并非所有国家都存在),人类基因组编辑在研究中的应用。

  正如第二届人类基因组编辑国际峰会所报道的那样。在任何情况下,即使双胞胎没有发生不良事件,这项工作也是不道德和鲁莽的,违反了有关将基因组编辑应用于人类胚胎的广泛国际规范。它强调了制定国际标准的紧迫性,这些标准可以参考并用于阻止将来发生这种不道德和不负责任的应用。

  基因组编辑代表了一种产生药物的变革手段,并为基因组的工程设计提供了前所未有的精确性。尽管如此,它是一种新兴技术,首先将其应用于病情严重的患者是明智的。一旦确定该过程安全有效,就可以考虑将其应用于较轻微的疾病。

  与基因编辑疗法的开发相关的一个关键问题是使它们可以被广泛利用。这些疗法的成本最初可能非常高,但成本效益分析,包括患者一生中的护理成本,可能为其使用提供了理由。

  增强特性是指培养理想的特征,如更高的身高和智力。虽然它被认为是三种潜在应用中最不合乎道德的,但当人们考虑具体的例子时,道德规范就变得不那么明确了。例如,未来的父母使用基因编辑增加孩子的肌肉力量来增强未来的运动能力似乎是不可接受的,但如果相同的技术可以使患有肌肉萎缩症的孩子恢复正常,那么这种使用在道德上会是合理的吗?

  医疗福利,其潜在适应症无数,可能会降低阿尔茨海默病,乳腺癌或心脏病等常见复杂疾病的风险。但考虑到未知的风险,为这些目的制定种系编辑的道德案例也很困难。此外,研究人员正在研究体细胞基因编辑的潜在用途,该编辑仅针对涉及的特定器官,仅针对成人或儿童,用于同一目的。

  未满足的医疗需求适用于非常罕见的情况,其中构思健康儿童的唯一选择是基因编辑 - 例如,当准父母都有常染色体隐性疾病如镰状细胞性贫血或当其中一人有两份副本时常染色体显性遗传病的基因,如亨廷顿舞蹈病。虽然这种情况很少见,但由于它们提供了令人信服的医疗需求的例子,这往往是最有共识的领域。

  生殖细胞编辑引起的最常提到的风险是引起癌症或其他疾病的脱靶突变。 Musunuru表示,“没有一份关于CRISPR(无意中)导致癌症的动物模型的报告”,但没有人知道人类的脱靶效应如何显现,人类的寿命比研究的动物长得多 。 Musunuru最关心的是种系编辑是否会增加其他疾病的风险,因为一些基因位点对疾病易感性具有相反的影响。例如,APOE4可能会增加对阿尔茨海默病的易感性,并促进年轻人更好的记忆功能。对于1型糖尿病和克罗恩病也观察到了这种可变效应。虽然临床应用总是需要接受不确定的风险,但当这些风险传递给后代时,对未知危害的担忧就会更大。

  因此,雲顶国际娱乐当他们最终获得基因编辑机会时,未来的父母可能会发现他们的选择很困难。旧金山加利福尼亚大学的心脏病学家和科学家伊桑·韦斯也是12岁的露丝的父亲,他出生时患有白化病,这是一种让她失明的单基因疾病。 然而正如韦斯告诉所说的那样,如果他和他的妻子使用植入前基因诊断,他们会选择一个没有突变的胚胎。 “这让我感到害怕,”韦斯说。

  但是,有些人因残疾而茁壮成长,有些人的遗传性疾病要么导致早逝,要么瘫痪,以至于露西所拥有的机会根本不可能。谁有资格决定改变这些孩子的命运是否合乎道德?正如Doudna写道,“我们毫无疑问地对这种巨大的责任毫无准备,但是我们无法避免它。“毫无疑问,我们将花费数十年的时间来辩论是否以及如何在道德和安全的情况下使用生殖细胞编辑。

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