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Cancer Discovery:震惊!肾癌竟然可以从其他细胞偷基因帮助转移

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2018年6月13日讯 /基因宝jiyinbao.com /——癌症转移(也就是癌细胞从原发灶转移到远端器官)是导致癌症病人死亡的主要原因。由于很少发现转移特异性的驱动突变,因此异常的基因调节可能是转移的原因之一。但是研究人员并不知道转移相关基因调节是如何产生的。

Cancer Discovery:震惊!肾癌竟然可以从其他细胞偷基因帮助转移

图片来源:Medical Research Council

为了解释这个问题,来自剑桥大学等单位的科学家们在Sakari Vanharanta教授的带领下使用肾癌的人源化转移模型,发现了促进转移性肿瘤进展的转录增强子。转移性癌细胞中的特殊增强子和增强子团簇被激活,相关的基因表达模式可以用于预测病人的预后状况。相关研究结果于近日发表在《Cancer Discovery》上,题为“NF-κB–Dependent Lymphoid Enhancer Co-option Promotes Renal Carcinoma Metastasis”。

研究人员发现肾癌转移灶相关的增强子组件由许多共同激活的远端组织特异性增强子模块组成。特别的是研究人员发现了一个共调解增强子团簇并对其进行了功能表征,这个团簇由肾癌驱动基因HIF2A和一个NF-kB驱动的淋巴元件激活,可以在体内介导肾癌转移。

肾癌是一种转移严重致死的癌症,本研究中研究人员展示了肾癌转移基因由来自远端器官的基因调节增强子模块共同激活,因此为癌症转移提供了新线索。(生物谷Bioon.com)

参考资料:

Paulo Rodrigues et al. NF-κB–Dependent Lymphoid Enhancer Co-option Promotes Renal Carcinoma Metastasis, Cancer Discovery (2018). DOI: 10.1158/2159-8290.CD-17-1211

人类基因到底有多少?近20年学界“大争议”带来最新结论

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最新结果使用了数百份人体组织样本的数据,并于5月29日发布在BioRxiv预印本服务器上。它包含了近5000个以前未被发现的基因,其中近1200个携带了制造蛋白质的指令(carry instructions for making proteins)。总的来说,与先前估计的约2万个蛋白质编码基因数目相比,本次统计有所上升,总数为超过2.1万个。

人类基因到底有多少?近20年学界“大争议”带来最新结论
然而,许多遗传学家并不确信,所有新提出的基因都将经得起严密的审查。他们的批评也凸显了识别并定义新基因的难度之大。

领导本次基因数目统计的生物学家Steven Salzberg说:“人们在这方面已经努力了20年,但我们仍然没有答案。”

最终答案?

2000年,随着基因组学界对人类基因数量的争论, Ewan Birney(目前为英国Hinxton欧洲生物信息学研究所[EBI]所长)发起了基因竞赛。他在每年一度的遗传会议上于一个酒吧里进行了第一次投注,这次比赛最终吸引了1000多名参赛者和3000美元的奖金。对基因数量的押注从超过312,000个到略低于26,000个不等,平均约为40,000个。之后,估计的范围在缩小,大致范围在19000到22000之间,但仍然存在分歧。

人类基因到底有多少?近20年学界“大争议”带来最新结论
Source: M. Pertea & S. L. Salzberg

基因计数可以根据被分析的数据、使用的工具和剔除假阳性的标准而变化。最新的统计使用了更大的数据集和不同于先前的计算方法,以及更广泛的基因定义标准。

Salzberg的研究小组使用了来自基因型组织表达( GTEx )项目的数据,该项目对数百具死尸的30多个不同组织的RNA进行了测序(RNA是DNA和蛋白质之间的中介)。为了鉴定编码蛋白质的基因和那些在细胞中不编码但仍起重要作用的基因,他们组装了GTEx的9000亿个微小RNA片段,并将其与人类基因组对齐。

然而,仅仅因为一段DNA表达为RNA,并不一定意味着它就是一个基因。所以这个小组试图用各种标准滤除噪音。例如,他们将研究结果与其他物种的基因组进行了比较,认为远亲生物共享的序列很可能由于进化而得以保留(因为它们具有功能性),而且很可能是基因。

最终,研究小组留下了21,306个蛋白质编码基因和21,856个非编码基因,远远超过两个最广泛使用的人类基因数据库(由EBI维护的GENCODE基因组包括19,901个蛋白质编码基因和15,779个非编码基因以及由美国国家生物技术信息中心管理的数据库RefSeq列出的20,203个蛋白质编码基因和17,871个非编码基因)。

前RefSeq负责人Kim Pruitt认为,造成这种差异的原因一部分是由于Salzberg团队分析的大数据量;另外一个主要的区别是,GENCODE和RefSeq都依赖人工处理——人为查看每个基因的证据并做出最终决定,而Salzberg的小组则完全依靠计算机程序来筛选数据。

“如果人们喜欢我们的基因列表,那么也许几年后我们将成为人类基因的仲裁者。” Salzberg说。

人类基因到底有多少?近20年学界“大争议”带来最新结论
Illustrated by Jeremy Dimmock. via Pacific Standard

何为基因的定义标准?

需要指出的是,许多科学家仍坚称,他们需要更多的证据才能确信这份清单的准确性。协调GENCODE人工注释的EBI计算生物学家Adam Frankish说,他和他的团队已经扫描了Salzberg团队鉴定的大约100个蛋白质编码基因。据他们评估,其中只有一个似乎是真正的蛋白质编码基因。

Pruitt的团队成员研究了Salzberg小组的十几个新的蛋白质编码基因,但没有发现任何符合RefSeq标准的基因。有些与基因组中似乎属于侵入我们祖先基因组的逆转录病毒的区域重叠;另一些属于其他重复性延伸(repetitive stretches),很少被翻译成蛋白质。

但是Salzberg认为一些重复序列可以被认为是基因。ERV3–1就是一个例子,它出现在RefSeq中,并编码在结直肠癌中过表达的蛋白质。同时Salzberg也承认,他团队名单上的新基因将需要他们自己和其他人的验证。”

最令人困惑的是基因定义的变化和不精确。生物学家过去认为基因是编码蛋白质的序列,但后来发现一些非编码RNA分子在细胞中有重要作用。这一基因判定的标准争议也解释了Salzberg计数和其他计数之间的一些差异。

重要意义

准确统计所有人类基因对于揭示基因与疾病之间的联系非常重要。Salzberg指出,不计其数的基因经常被忽视,即使它们含有致病突变。但是仓促地将基因添加到主列表中也会带来风险。一个错误的基因将会转移遗传学家对真正问题的注意力。

Pruitt补充道:“生物学是复杂的。数据库与库之间的基因数量不一致对研究人员来说仍然是个问题,人们还在寻求一个最终的答案。”

EMBO Mol Med:科学家利用基因疗法成功治愈2型糖尿病和肥胖小鼠 未来有望应用于人体!

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2018年7月11日 讯 /生物谷BIOON/ –近日,来自巴塞罗那自治大学的科学家们通过研究,利用基因疗法成功治愈了小鼠的肥胖和2型糖尿病,相关研究刊登于国际杂志EMBO Molecular Medicine上。研究者表示,我们利用了一种名为腺相关病毒载体(Adeno-associated viral Vector,AAV)来携带FGF21(成纤维细胞生长因子21)基因的疗法(AAV-FGF21疗法)进行研究,单次使用这种载体就能操纵肝脏、脂肪组织和骨骼肌,使其持续产生FGF21蛋白,这种蛋白是由机体多个器官自然分泌的一种特殊激素,其能在很多组织中发挥作用,维护正常的能量代谢,通过基因疗法来诱导动物机体产生FGF21蛋白就能够帮助减肥,并且降低机体对胰岛素的耐受性,从而治疗肥胖和2型糖尿病

EMBO Mol Med:科学家利用基因疗法成功治愈2型糖尿病和肥胖小鼠 未来有望应用于人体!

图片来源:bionews-tx.com

目前研究人员已经在两种不同的肥胖小鼠模型中成功进行了试验,即饮食或遗传突变所诱导的肥胖,此外,研究者还观察到,当给予健康小鼠应用这种特殊的基因疗法,就能促进小鼠健康老龄化,并且抑制年龄相关的特种增长和胰岛素耐受性的产生。利用AAV-FGF21疗法治疗后,小鼠体重就会下降,同时其脂肪积累的水平和脂肪组织的炎症水平也会降低,同时肝脏中的脂肪含量、炎症及纤维化也会被逆转,而且机体胰岛素的敏感性会增加。

当研究者对三种不同的组织(肝脏、脂肪组织和骨骼肌)进行遗传操作使其产生FGF21蛋白后也能够再现上述结果,这或许就提高了这种新型疗法的灵活性,其不仅能够选择最合适的组织来进行作用,而且还能抑制疾病并发症的发生。当一种组织产生FGF21蛋白时,其会将这种蛋白分泌到血液中,最后会分散到全身。

研究者Claudia Jambrina强调了本文研究结果的重要性,由于如今全球肥胖和2型糖尿病的流行率越来越高,同时肥胖还会增加人们因多种疾病死亡的风险,比如心血管疾病、免疫性疾病、高血压、关节炎、神经变性疾病和某些类型的癌症等。这项研究中,研究人员首次发现,利用AAV-FGF21基因疗法能够长期逆转机体的肥胖状态和对胰岛素的耐受性,未来或有望应用于人体临床试验中,相关研究结果也表明,AAV-FGF21疗法是一种安全且有效的疗法。

同时研究人员还指出,这种基因疗法还能帮助机体有效抵御长时间高热量饮食所诱发的肝脏中肿瘤产生的风险。当用于常规治疗中,FGF21蛋白的寿命较短,因为目前制药工业中开发出了FGF21的类似物,而且这些类似物也已经开始进入临床试验了。然而科学家们需要定期给予FGF21类似物来调节临床效益,但同时也会产生一些与外源性蛋白相关的免疫性问题的风险;研究人员所开发的基因疗法载体就能够诱导小鼠多年产生与人类机体所产生的相同的FGF21激素,而且在使用FGF21后并不会给机体带来任何副作用。

下一步在进行患者临床试验之前研究人员还需要进行大规模的动物研究来检测这种基因疗法的安全性,AAV所介导的基因疗法目前已经在欧洲和美国获批用来治疗多种类型的基因,而且研究人员在利用AAV介导的肝脏和骨骼肌基因转移上也具有广泛的临床经验,因此未来研究人员有望利用基于FGF21的基因疗法来治疗2型糖尿病、肥胖症及其相关的疾病。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Veronica Jimenez, Claudia Jambrina, Estefania Casana, et al. FGF21 gene therapy as treatment for obesity and insulin resistance. EMBO Molecular Medicine, 2018; e8791 DOI: 10.15252/emmm.201708791

GE医疗细胞与基因治疗亚洲技术中心盛大开幕

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打造GE医疗亚洲首个细胞及基因治疗实验室,赋能中国精准医疗新发展。
中国上海(2018年7月19日) – 为加速细胞治疗与基因治疗的临床转化流程、推进全产业链的商业化进程,GE医疗今日宣布在位于其上海浦东张江的中国研发中心建设成立全新的细胞与基因治疗亚洲技术中心。该中心的成立标志着GE医疗在深耕精准医疗探索、推进治疗技术创新和扩大细胞与基因治疗产业化平台建设领域进入了崭新的里程碑。据悉,技术中心将通过构建全面的自动化及数字化生态系统,采用先进的细胞与基因治疗科研及生产制备设备、产业解决方案和全方面的技术服务加速行业的标准化整合,为推动整个大健康产业的深入发展提供新动能。GE医疗生命科学事业部全球首席执行官Emmanuel Ligner先生、GE医疗生命科学事业部细胞治疗业务全球总经理Ger Brophy博士、GE医疗生命科学事业部大中华区总经理李庆先生携众多嘉宾出席了当天的开幕仪式。
GE医疗细胞与基因治疗亚洲技术中心盛大开幕
GE医疗细胞与基因治疗亚洲技术中心启动仪式
随着全新的技术中心落成, GE医疗具备了符合BSL2标准的细胞治疗与基因治疗专用实验室,在细胞治疗方面开发了细胞收集、细胞分离、扩增以及储存运输的解决方案,同时建立了广泛使用在细胞治疗流程中的质粒和慢病毒的制备生产平台;在基因治疗方面具备了多种病毒载体的生产流程,采用了一次性上游培养技术,并配备了良好放大性的下游纯化技术,最大培养规模可达到200L。为了更好地支持细胞与基因治疗工艺开发,GE医疗还建立了相关的分析技术配置,涵盖了包括流式细胞仪、荧光显微镜、HPLC、Qpcr和电泳设备等在内的先进检测仪器设备。
“得益于得天独厚的地理优势,张江药谷聚集了许多生物技术与现代医药产业领域的创新企业,通过一定规模的集群效应,有助于加快生物技术与现代医药产业的新兴科技产业战略步伐。依托张江药谷强有力的发展机遇,GE医疗将构筑多点、多维的企业生态圈,拓宽细胞免疫治疗产品研发布局,在良性的集群创新政策下,推动中国精准医疗的快速发展。”GE医疗生命科学事业部大中华区总经理李庆表示,”GE医疗始终践行’关爱先行’理念,以患者健康和满意度为中心,助力应对重大健康难题和医疗挑战。今后,我们将充分利用技术中心和应用专家团队,携手更多的合作伙伴进行新工艺研发、建立完善的标准化操作规程和进行临床应用的探索,帮助中国制药企业加速细胞与基因治疗产品临床转化及商业化进程,以实现更精准的疾病诊断及疗效评估,造福更多患者。”
全新的细胞与基因治疗亚洲技术中心坐落于GE医疗在上海的生物工艺中国技术培训中心(以下简称”Fast Trak中国”)内。目前,GE医疗在全球拥有五个Fast Trak中心,分别位于瑞典乌普萨拉、美国波士顿、印度班加罗尔、韩国首尔和中国上海。Fast Trak中国自2006年开始为中国和亚洲市场提供技术服务,服务范围包括生物制药、基因组学和细胞研究,并在临床科研、生物制药研发和产业化以及生物产业人才培养等方面取得了诸多显着成果。目前,Fast Trak中国已完成了超过40项生物药工艺开发项目和8个生物药临床申报项目,其中涵盖重组蛋白、血液制品、疫苗和单克隆抗体等多个领域。与此同时,Fast Trak中国还为终端用户提供了3000人次以上的培训服务已帮助他们建立更好的技术能力。
为了提供全面的技术服务,Fast Trak中国已经建立1800平方米的了四大技术平台,包括人才培训平台、工艺开发平台、中试报批生产平台以及细胞和基因治疗平台。所有这些技术平台都采用了最先进的一次性技术平台来进行客户工艺开发和中试生产服务。全新的扩建将进一步加大GE医疗在药物研发平台、应用开发平台以及人才培养等方面的投入,助力中国生物制药企业和科研机构实现”产、学、研”一体化的综合跨越,并为缩短商业化进程和推动中国生物制药产业的国际化进程贡献力量。
开幕典礼当天,GE医疗还宣布与国内新兴的细胞治疗研发与服务平台公司亘喜生物(Gracell Bio)就细胞基因治疗生产项目达成战略合作意向。GE医疗会为后者提供细胞和基因治疗企业解决方案,共同开发应用于血液和实体瘤治疗的通用型CAR-T和其它新型细胞治疗产品的生产工艺,提高生产流程的设计灵活性、封闭性和自动化,并进一步加速其产业化的过程。
GE医疗细胞与基因治疗亚洲技术中心盛大开幕
GE医疗与亘喜生物签署战略合作意向书
关于GE医疗
GE医疗集团是GE公司(NYSE: GE)旗下的医疗健康业务部门,年营收达190亿美元。作为领先的医学成像、监护、生物制造以及细胞和基因治疗技术提供商,GE医疗通过提供智能设备、数据分析、软件应用和服务,实现从疾病诊断、治疗到监护全方位的精准医疗。GE医疗拥有100多年的悠久历史,在全球拥有5万多名员工。公司致力于帮助全球各地的患者、医疗服务提供商、科研人员和生命科学企业更为有效地改善医疗服务成果。如需了解GE医疗集团的最新信息,请关注GE医疗中国微信、微博,或登录GE医疗中国官网http://www3.gehealthcare.cn/。
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科学家有望成功清除基因疗法屏障 未来或将成功治疗多种人类疾病

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2018年8月2日 讯 /生物谷BIOON/ –近日,来自美国西奈山伊坎医学院(Icahn School of Medicine)的研究人员通过研究发现了一种新方法,其能将特殊类型的抵御疾病的病毒穿过机体的免疫系统,并直接作用于靶向细胞,充分发挥其作用。自然状态下,机体能通过产生特殊抗体来抵御病毒入侵,同时还能帮助机体产生抵御相同病毒的免疫力,但这项研究中,研究人员使用了一种名为腺病毒相关病毒(AAV)的无害病毒,其能将治疗性的遗传物质运输到机体损伤部位或损伤细胞位点。

科学家有望成功清除基因疗法屏障 未来或将成功治疗多种人类疾病

图片来源:medicalxpress.com

但AAV病毒系统首先需要穿越机体中杀灭它们的抗体群,研究者Marta Adamiak表示,我们开发了一种新方法,能将AAV放置在一种称之为囊泡或外泌体的“容器”中,而囊泡和外泌体是细胞天然分泌能够帮助病毒轻松躲避机体抗体的检测和攻击。囊泡是机体天然产生的一种颗粒,其被认为是中性的,机体免疫系统无法发现囊泡中的病毒,这样AAV就能够成功到达机体患处。

研究人员希望这种被包裹的AAV系统能作为一种高度有效的基因转移工具来用作心血管疾病的治疗,他们发现,当给予小鼠特殊的AAV基因治疗系统后,相比接受常规AAV基因治疗系统的小鼠(未受到保护)而言,其能够表现出心脏功能的明显改善。于是研究人员开始重点关注能抑制中风和心脏病的基因疗法,研究者Adamiak认为,这项研究或能潜在改善多种人类疾病的研究和治疗。

由于人们经常能够接触到AAVs,有超过60%的一般人群被认为对该病毒系统会产生免疫作用;如果利用AAV外泌体来包裹AAV的话,该系统或许就能在大部分患者机体中使用,而且也能够表现出高效的治疗效果。基因疗法是一种实验性的技术,其能利用遗传物质来帮助治疗或抑制无法治愈的疾病发生,目前研究人员已经使用了多种方法来改变或修饰基因,比如,研究人员能利用健康的基因俩替代突变的相同基因,或者向机体中引入一种新的或被修饰的基因来帮助抵御疾病发生。

目前FDA已经破准了多项基因疗法用来治疗遗传性失明、急性淋巴细胞白血病和非霍奇金淋巴瘤等疾病。研究者Joseph Wu博士指出,在外泌体中隐藏的AAVs或许未来在基因治疗领域能表现出潜在的应用前景,这些新型的AAV相关基因疗法未来有望治疗多种类型的疾病,比如肝脏、肾脏和骨骼疾病等。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Scientists may have cleared gene therapy hurdle

Scientists may have found a way to slip a special type of disease-fighting virus past the guard of the body’s immune system and into targeted cells where it can do its intended work, according to new research presented Tuesday at a scientific conference.

The body naturally reacts to viruses by fighting them off with antibodies that neutralize them and help the body develop an immunity to them. But there’s a harmless virus called adeno-associated virus, or AAV, that actually has the ability to help the body. It can deliver therapeutic genetic material into whatever damaged or diseased cells it’s been genetically engineered to target.

But the AAV first needs to make it past the antibodies that want to shut it down.

Researchers may have found a way to do just that, said Marta Adamiak, the lead investigator on a study she discussed at the American Heart Association’s Basic Cardiovascular Sciences Scientific Sessions meeting in San Antonio.

Nature:对人胚胎进行CRISPR/Cas9基因编辑会导致大片段DNA缺失

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2018年8月10日/生物谷BIOON/—在一项新的研究中,来自澳大利亚阿德莱德大学、南澳大利亚健康与医学研究所、拉筹伯大学、新加坡-麻省理工技术研究联盟和美国天普大学的研究人员发现了实现胚胎基因编辑潜在益处的一个重大障碍。相关研究结果发表在2018年8月9日的Nature期刊上,论文标题为“Large deletions induced by Cas9 cleavage”。论文通信作者为阿德莱德大学的Paul Thomas教授。

Nature:对人胚胎进行CRISPR/Cas9基因编辑会导致大片段DNA缺失

这些研究人员对去年发表的一项似乎证实对人类胚胎进行基因编辑可高度有效地修复大多数胚胎中的一个缺陷基因的北美研究(Nature, 24 Aug 2017, doi:10.1038/nature23305,相关报道参见生物谷新闻:Nature:重磅!利用CRISPR–Cas9成功校正人胚胎中的致病性突变)进行了调查。

Thomas说,他们的研究为那项北美研究中实现的基因校正提供了另一种解释:这种基因编辑技术并没有修复小错误,而是产生了更大的错误。

Thomas说,“基因编辑技术仍然是相对较新的,而且这个研究领域的一部分包括了解这些缺陷,这最终将让我们能够为遗传疾病开发出最为安全的疗法。”

Thomas和论文第一作者Fatwa Adikusuma博士利用临床前动物模型重现了那项北美研究。澳大利亚有严格的立法来限制对人类胚胎进行基因编辑。

Adikusuma说,“我们并不仅是关注较小的序列缺失,而且还探究更大的DNA区域。”

“当我们寻找更广泛的DNA区域时,我们发现修复由’分子剪刀’产生的DNA断裂会导致大片段DNA缺失。”

科学上已知的分子剪刀CRISPR-Cas9是一种科学家们用来切割细胞遗传物质(DNA)上的特定区域的工具。对这种切割的修复能够改变靶DNA序列,从而导致特定的变化或“编辑”。在理论上,利用CRISPR分子剪刀切割有缺陷的基因就可修复它们。然而,正如Thomas及其同事们所证实的那样,DNA在这种修复过程中有时会丢失,从而导致大片段DNA缺失而无法让有缺陷的基因恢复功能。

Thomas说,“CRISPR-Cas9技术是非常令人关注的。科学家们已将它用于治疗小鼠肌肉萎缩症,而且一些临床试验正在开展,旨在测试几种癌症和血液疾病的基因编辑疗法。”

“理解这些基因编辑工具的基本作用机制是研究和临床转化领域取得的重要进展,可能有助于治疗一系列遗传疾病。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:


Doubts Arise Again About CRISPR’d Human Embryos

Unexpected outcomes sound warning for treatment of genetic diseases using gene editing in embryos

Fatwa Adikusuma, Sandra Piltz, Mark A. Corbett et al. Large deletions induced by Cas9 cleavage. Nature, 09 August 2018, 560:E8–E9, doi:10.1038/s41586-018-0380-z.

基因研究有助于培育低致敏小麦

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基因研究有助于培育低致敏小麦

澳大利亚默多克大学主导的一项新研究成功确定了小麦基因组中产生致敏蛋白质的基因,这一成果将有助于培育出低致敏的小麦品种。相关研究已发表在《科学进展》杂志上。

小麦是重要的主粮,但也是常见的食物过敏源之一,会引发麸质过敏,导致乳糜泻、职业性哮喘以及“小麦依赖运动诱发的过敏性休克”。默多克大学与挪威生命科学大学的研究人员检测与麸质过敏相关的蛋白质,确定了小麦基因组中产生致敏蛋白质的基因序列及位点。

默多克大学农业生物技术中心高级研究员安格拉·尤哈斯说:“这项工作是培育低致敏小麦品种的第一步。了解小麦的遗传变异性和环境稳定性将有助于食品生产商种植低过敏原粮食。相比完全避免食用小麦,这可以作为一种安全健康的替代选择。”

研究人员发现,生长环境对谷物中致敏蛋白质含量有很大影响。气候变化以及由全球变暖所引发的极端天气都会对农作物生长造成压力,从而改变谷物蛋白的免疫反应性。

尤哈斯指出,谷物生长期结束时,与职业性哮喘及食物过敏相关的蛋白质明显增加。另一方面,开花期中遇到天气高温,会增加引发乳糜泻等腹腔疾病和“小麦依赖运动诱发的过敏性休克”相关蛋白的表达。(生物谷Bioon.com)

即便作为基因疗法进入临床试验,CRISPR基因编辑仍然是在劫难逃吗?

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2018年8月31日/基因宝jiyinbao.com/—任何近期观看过哥伦比亚广播公司(CBS)网站上关于引发生物学医学研究变革的CRISPR基因编辑工具的 60分钟视频片段[1]的人都会得出结论:这种基因编辑技术正处于开发出一连串治愈方法的边缘。但是最近的一项研究[2]揭示出在部署这种著名的“分子剪刀”之后,一大堆染色体片段会发生缺失和重排。

CRISPR是2012年发现的,它出色地让细菌抵抗病毒感染。这种“规律间隔性成簇短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR)”是简单的DNA序列,在基因组中起着着陆带的作用,在那里,经过改造的“向导RNA(gRNA)”将一种酶运送到所需的基因上,对这个基因进行修饰或移除。当这种酶沿着双螺旋DNA进行切割时,天然的DNA修复随后发生。Cas9是一种经常使用的DNA切割酶。

即便作为基因疗法进入临床试验,CRISPR基因编辑仍然是在劫难逃吗?
图片来自Nature Biotechnology, doi:10.1038/nbt.4192。

与导入基因的常规基因疗法不同的是,CRISPR会在精确的位置上交换或移除基因。不过,在去年12月,美国食品药物管理局(FDA)花了27年的时间批准了首个基因疗法Luxturna用于治疗特定形式的遗传性失明。因此, CRISPR药物不会很快进入CVS(美国零售药店巨头)或沃尔格林(Walgreen, 美国医药零售巨头)的货架上。

在这项研究[2]中,来自英国威康基金会桑格研究所的研究人员并不是世界上首次报道CRISPR存在故障,而且肯定也不会是最后一次报道。

在对细胞开展的实验中,Allan Bradley、Michael Kosicki和Kärt Tomberg研究了CRISPR的预期着陆位点之外的基因组区域,就像是在已知存在拼写错误的书籍部分章节之外的其他章节中寻找错误。他们发现大量的DNA片段发生缺失、添加和翻转,而且一些DNA片段甚至从原始的位置上经移除后被插入到其他的DNA位置上。尽管“脱靶”效应是广为人所知的,而且关于CRISPR的小问题已被修复—更安全的酶、运送方法和检测工具,但是早期的研究可能只见树木不见森林。

这些研究人员没有使用过去研究中使用的DNA修复和染色体发生变化的癌细胞,而是靶向来自小鼠的干细胞和经过“永生化的”人视网膜细胞中的一个得到很好研究的基因。这两种细胞用于多种临床基因编辑应用中。

就像飞机坠入玉米田一样,CRISPR-Cas9在细胞内着陆,一次性吹走了数千个DNA碱基,最长的DNA片段有9500个碱基。这种损伤从靶位点上反射出来,引发染色体混乱,而单碱基突变(SNP)也出现,甚至出现在切割位点之外的区域上。通常,不止一件事情出了问题。这种损伤可能杀死细胞或者引发它发生癌变。

DNA片段缺失能够暴露隐性的基因变异;无论发生在什么地方,DNA片段插入和易位改变了基因控制。将一个基因移动到一个致癌基因附近的位点可能会产生第一次突变“命中”,当第二次突变发生时,这次突变命中会在生命后期引发癌症产生。这些研究人员猜测“在对数十亿个细胞进行编辑的临床环境下,产生的大量不同突变使得每个实验方案中的一个或多个经过编辑的细胞可能发生重大的致病性病变。”

这些实验存在着多种对照和复核:不同的递送方法(电穿孔而不是病毒载体);不同的靶基因;具有易于区分的染色体组的小鼠杂交品系,就像是将白色和黑色袜子放入干衣机中随后产生拼凑物;重复干预四次。这些研究人员总结道,“潜在的缺失结果的多样性是巨大的。”


事后影响?

经过编辑的基因组的这种不可预测的结果是否会减慢进入临床试验的轨迹,或者至少能够缓解炒作?人们对此存在着不同的观点。

作为美国北卡罗来纳大学和德克萨斯大学西南医学中心的一名基因治疗先驱,Steve Gray将CRISPR冲刺与基因疗法的马拉松比赛进行了对比。“据我所知,CRISPR涉及的明显且重要的安全问题尚未得到解决。这种技术是非常令人兴奋的,但是CRISPR可以从基因疗法的历史中了解到走得太快的后果,毕竟很多基础生物学特性和风险尚不完全清楚。”

Steve Gray将病毒载体比作为运送包裹的FedEx卡车。如果说传统的基因疗法运送包裹到建筑物中,那么基因编辑则将它传递到特定书桌中的特定抽屉里。

Gray开创性地开发出针对贝敦氏症(Batten disease)、雷特综合征(Rett syndrome)、戴萨克斯症(Tay-Sachs disease)、克拉伯氏病(Krabbe syndrome)和巨轴索神经病(giant axonal neuropathy)的基因疗法[3]。在1999年的一项临床试验中一个年龄18岁的人死亡和两年后的另一项试验中出现患上白血病的副作用后,基因疗法临床试验就停止了。

开发CRISPR的公司淡化这种技术的危险,指出断裂的染色体是DNA自然修复的一部分。Intellia治疗公司(Intellia Therapeutics)的 Jennifer Smoter解释道,“Intellia治疗公司不认为这些发现会显著影响基于CRISPR的疗法的前进之路。正常细胞中的DNA在没有其他的干预的情形下会持续地经历断裂、修复和其他的重排。在DNA断裂后发生大片段缺失在本领域中是已知的。分裂细胞(dividing cell)使用高保真修复:切除位于双链DNA断裂两侧的较长DNA片段,并且这些观察到的缺失可能来自于这个过程。”“采用任何基因组编辑技术或自然发生的断裂都会观察到这种”影响。也就是说,这个问题在于自然的DNA损伤/修复反应,而不是基因编辑工具。

Intellia治疗公司使用脂质纳米颗粒运送系统对一些单基因疾病和癌症进行了临床前研究。到目前为止,针对小鼠和猴子的实验没有显示出癌症的迹象,不过这家公司正在靶向肝细胞,而不是这些来自威康基金会桑格研究所的研究人员使用的快速发生分裂的细胞。Smoter补充道,细胞选择可能解释了较大的DNA片段缺失。

Editas医学公司(Editas Medicine)发言人Cristi Barnett回应道,“非预期的基因组变化(包括这些研究人员描述的那些变化)的产生适用于所有基因组医学方法,从基于慢病毒随机插入的方法,如用于CAR-T细胞疗法中使用的那些方法,到基因组切割方法,如锌指核酸酶(ZFN)、megaTAL核酸酶和CRISPR。”

Barnett补充道,该公司的临床前实验正在淘汰对细胞的治疗相关性产生不利影响的干预措施。“关于CRISPR的一个好处就是对它有如此多的兴趣,并且有很多人在研究它。但是,再一次地,在我们努力开发基于CRISPR的疗法的过程中,我们注意到但并没有特别关注这一最新的研究成果。”


对于非分裂细胞,CRISPR可能会更安全吗?

德克萨斯大学西南医学中心分子生物学教授Eric Olson认为如此。他的团队利用CRISPR和一种不同的辅助分子(即Cpf1)在小鼠体内和不能分裂的人心肌细胞中校正导致杜氏肌肉营养不良症的基因突变。“这项研究的结果不应该被过度解读。对破坏性的肌肉疾病而言,它是一种警示说明,但不是阻碍进展的障碍。”由于肌肉细胞不会分裂,它们不会变成癌细胞或传递受损的基因。


展望未来

如果有任何方法让CRISPR基因编辑进入临床的话,那么它有很多需要加以优化的变量。采取的策略就是使用不同的修复机制;运送途径;细胞类型;靶基因;分子剪刀和gRNA。

与哥伦比亚广播公司网站上的关于CRISPR的60分钟视频片段中的激情澎湃的非常炫丽的声明不同的是,ClinicalTrials.gov网站上关于利用CRISPR的疗法的名单仅有17个条,这是有些奇怪的。这个名单包括一个在无实体的内脏中开展的实验;研究镰状细胞病患儿的父母的“知识、态度和信仰”;遗传性麻醉不耐受的自然史研究,这都与基因编辑无关。大多数利用CRISPR的疗法来自中国。很明显,炒作远远超过现实。

关于CRISPR基因编辑未来的最后一句话来自1990年的French Anderson,他领导了第一个用于治疗遗传性免疫缺陷的基因治疗临床试验。

“CRISPR-Cas9的情况类似于许多新的颠覆性技术。最初由于新的可能性而引起人们巨大的兴奋。随后发现了有害的副作用,这种兴奋之情大幅下降。经过长时间的努力,这种技术的全部价值得到实现。这正是基因治疗经历的事情。CRISPR-Cas9是一种非常强大的技术,将在未来得到广泛使用。这种意想不到的基因组损伤只是一个亟待解决的问题。”

随着时间的推移和合适的分子工具出现,就像基因疗法一样,CRISPR将找到自己的方式进入临床治疗。(生物谷 Bioon.com)


资讯出处:

Is CRISPR Gene Editing Doomed, Even As Gene Therapy Enters the Clinic?

参考资料:

1.CRISPR gene editing toole revolutionizing biomedical research

2.Michael Kosicki, Kärt Tomberg & Allan Bradley. Repair of double-strand breaks induced by CRISPR–Cas9 leads to large deletions and complex rearrangements. Nature Biotechnology, 36:765–771 (2018), doi:10.1038/nbt.4192

3.Hannah’s Hero: Steve Gray and the GAN Trial

4.Yu Zhang1,2,3,*, Chengzu Long1,2,3,*,†,‡, Hui Li et al. CRISPR-Cpf1 correction of muscular dystrophy mutations in human cardiomyocytes and mice. Science Advances, 12 Apr 2017, doi:10.1126/sciadv.1602814

基因精准医疗步入临床–小海龟科技数字PCR率先实现规模量产

基因君

数字PCR(digital PCR,dPCR)是一种新的核酸检测和定量方法,属于第三代PCR技术,将一个PCR反应平分至数万个微反应中,每个微反应有01个目标DNA序列,实现对样品的绝对定量和超高灵敏度的检测,具有比传统qPCR更加出色的灵敏度和特异性、精确性,是目前最精准、最灵敏的基因检测技术,在基因精准医疗的临床应用领域具有广阔的前景和重要的意义。

基因精准医疗步入临床--小海龟科技数字PCR率先实现规模量产

2018年9月8日,小海龟科技有限公司中国徐州生产基地正式投产,距离该公司于2017年9月15日发布国内首款数字PCR产品“BioDigital·華”样机还不到一年。当时,BioDigital·華创造了一系列“第一”:

国内第一款发布样机的数字PCR产品;

国内第一款全自主知识产权的数字PCR产品;

国内第一款柔性芯片式数字PCR产品。

基因精准医疗步入临床--小海龟科技数字PCR率先实现规模量产

今天,小海龟科技又将创造一系列新的“第一”:

国内第一款规模化量产的数字PCR产品;

国内第一条智能化柔性生物芯片生产线;

国内第一条全自主知识产权数字PCR仪器生产线;

国内第一家基因检测成套系统(仪器、芯片、生物试剂)规模化制造基地。

采用独特的新一代芯片式基因检测技术,小海龟科技数字PCR产品BioDigital·華具有如下特点:

有效液滴比例最高,保持在95%以上;

新一代柔性芯片技术,有效杜绝交叉污染;

荧光通道多达4路,更适合临床检测需要;

操作流程自动化,提高临床检测的易用性;

更优越的性价比,提升用户投资价值。

基因精准医疗步入临床--小海龟科技数字PCR率先实现规模量产

小海龟科技徐州基地一期面积为4000平米,包含从十万级到千级的洁净生产区、低温仓储区、质检实验室、研发实验室及产品展示厅,柔性生物芯片年产能超过100万片,成为国内第一家基因检测成套系统(仪器、芯片、生物试剂)规模化制造基地

基因精准医疗步入临床--小海龟科技数字PCR率先实现规模量产

徐州市委市政府王强常委、李燕副市长相关委办局领导国防大学南京政治学院王毅将军、中国科学院微电子研究所赵超研究员、上海东方肝胆医院吴卫东副院长、上海市第六人民医院姚阳教授、福建医科大学欧启水教授、中国农业科学院谢传晓研究员、深圳共进电子股份有限公司汪澜副董事长、中国基因测序技术与产业联盟秘书长任鲁风教授以及医疗界、投资界、媒体界、产业界的专家等百余位嘉宾出席了投产启动仪式共襄盛举,座无虚席。

  基因精准医疗步入临床--小海龟科技数字PCR率先实现规模量产

同时,小海龟科技客户代表和渠道代表现场举行了战略合作协议签约仪式开启了在科研、肿瘤精准医疗、感染性疾病检测、儿科精准医疗等市场领域的应用合作之旅,依托小海龟科技数字PCR产品“BioDigital·華”,让科学研究和精准医疗插上精准基因检测的翅膀。

这是小海龟科技企业发展史上的一个标志性里程碑,也是我国基因检测与分子诊断领域的一件大喜事。

小海龟科技有限公司,秉承“以精准诊断为起点、以精准健康为目标”的使命与梦想,服务精准医学实践和健康管理的全过程——预防、筛查、诊断、治疗到康复。小海龟科技是国内第一家同时从事数字PCR和高通量测序两大前沿基因检测技术与系统研发的公司,实现了基因检测与分子诊断前沿技术领域的重大原始科技创新和产业化突破,并将继续致力于基因检测核心科技创新、引领精准医疗行业发展!

基因精准医疗步入临床--小海龟科技数字PCR率先实现规模量产

Amicus公司3亿美元收购10个基因疗法项目

基因君

Amicus公司3亿美元收购10个基因疗法项目
近日,Amicus Therapeutics公司通过收购Celenex公司签署了最终协议来获得在全国儿童医院(美国)许可的10个基因疗法项目。这些项目计划由全国儿童医院和俄亥俄州立大学研究所的基因治疗中心开发。Celenex是全国儿童医院的分支机构。
根据该交易条款,Amicus公司将以现金支付1亿美元预付款。Celenex股东们有资格获得高达1500万美元的发展里程碑和2.62亿美元的注册申报和批准里程碑。Amicus表示,在未来四年的里程碑付款中,预计不会超过7500万美元。
所有的项目都是关于神经系统溶酶体贮积症。其中3个主要项目针对贝敦氏症(Batten Disease),分别是CLN6、CLN3和CLN8。Batten病也被称为神经元蜡样脂褐质沉积症(NCL),一种罕见且危及生命的疾病。
Amicus董事长兼首席执行官John F. Crowley在一份声明中说,“这些基因疗法项目的许可和收购提供了一个很好的机会,可以改变成千上万患有一些最具破坏性的溶酶体贮积症的儿童生活,目前几乎没有治疗选择。Drs Brian Kaspar和Kathrin Meyer在全国儿童医院的开创性工作,以及俄亥俄州立大学的教授Arthur Burghes博士,他们在在这些项目上的付出已经获得了非常强而且一致性的临床前研究结果,目前在CLN6 Batten疾病中,这些鼓励了孩子们中早期的研究结果。”
该交易中所收购的所有10个项目都采用了鞘内给药。该方法利用AAV载体技术,该技术已成功用于其他罕见的中枢神经系统(CNS)适应症,例如脊髓性肌萎缩症(SMA)。10个项目中有2项已进入人体临床试验阶段。Amicus公司当前销售Galafold来治疗法布瑞氏症(Fabry disease),目前其正在开发针对庞贝氏症(Pompe disease)的第二种疗法。此次收购显着地扩大了公司的管道药物,将重点从稳定但未治愈溶酶体贮积症的药物转移到具有潜在的治疗方法上。
STAT写道,“在这些新收购的基因疗法中,有一种就是针对Batten病的CLN6突变形式。好莱坞电影制片人Gordon Gray和他的妻子Kristen的两个女儿天生就患有这种形式的Batten症状。为此Gray夫妇组建了一个科学基金会,后来共同创立了Celenex,作为一种方式来为女儿和患有这种疾病的人找到治疗方法。”Gordon Gray最出名的是他在因他的电影作品《心灵投手》、《一代骄马》和《万夫莫敌》而被大众所熟知。
Crowley说到,“Gray夫妇竭尽全力与这些研究人员合作,为他们的女儿以及当前数千人来推进这些可能挽救生命的药物。我很荣幸他们和他们的研究团队选择将这10个项目委托给Amicus公司充满激情的科学家和企业家团队。对Amicus公司进军基因治疗,我想不出更好的进入基础框架。”
针对Batten病,BioMarin制药公司供应的Brineura是一种儿童CLN2型Batten病的治疗药物;Abeona Therapeutics公司也正在开发CLN1型Batten的基因疗法药物。
Kathrin Meyer在一份声明中说,“迄今为止我们在CLN6、CLN3和CLN8中所看到的临床前概念验证进一步支持了我们在全国儿童医院CNS遗传病中开发的AAV载体的适用性。我坚信Amicus是推进这些项目的最佳的科学及临床合作伙伴,并期待与Amicus团队积极合作开发这些重要的潜在疗法,并尽快让尽可能多的孩子们接触到他们的疗法。这些疗法真的有可能改变他们的生活。”(生物谷Bioon.com)

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