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我国克隆首个玉米单向杂交不亲和基因

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我国克隆首个玉米单向杂交不亲和基因

 

记者从中国科学院遗传与发育生物学研究所获悉,该所陈化榜研究组与周奕华研究组及薛勇彪研究组合作,在玉米单向杂交不和基因研究领域取得突破,首次克隆了控制玉米单向杂交不亲和现象的基因ZmGa1P,并对其不亲和机理进行了探究。该成果于2018年9月10日在Nature Communications杂志上在线发表。

亲和性是物种进化和形成的生物学基础,决定和平衡着地球上植物种群的多样性和稳定性。解析控制植物种间和种内不亲和性的分子机制一直是植物学研究的热点方向。玉米是典型的异花授粉作物,通常其自交和杂交均能正常结实。然而自然界中一些玉米品种不接受外来花粉而授精结实,这种现象被称为单向杂交不亲和性 (Unilateral Cross-Incompatibility, UCI)。由于UCI影响了花粉配子的传递方向,人们最早将控制这一现象的基因称之为Gametophyte Factor (Ga)。第一个玉米单向杂交不亲和位点(Ga1)是由Correns于1902年发现,是单向杂交不亲和性最彻底的位点之一,并在爆裂玉米育种和生产上广为应用。随后多个控制玉米杂交不亲和的位点被陆续发现,但尚未有任何基因被克隆。一百多年来,玉米UCI的分子机理一直是个迷。

陈化榜研究团队对Ga1位点控制的玉米杂交不亲和现象的研究始于2008年,经过10年的不懈努力,提出了Ga1位点的双因子遗传控制模型,并创新性地应用“同质群体”的22,000个单株对Ga1位点中的雄性控制基因ZmGa1P进行遗传精细定位,结合1299份玉米自交系的基因型数据及与Ga1位点关系的表型结果,利用600K SNP芯片开展全基因组关联分析,确定了候选基因。通过对薛勇彪研究组构建的Ga1-S型自交系的BAC文库进行筛选测序,最终克隆了ZmGa1P。转基因功能验证证实了所克隆基因的正确性。ZmGa1P编码一个在Ga1-S和Ga1-M型玉米自交系花药中特异表达的果胶甲酯酶(Pectin methylesterase, PME)。周奕华研究组通过大量的生化和细胞学研究,发现ZmGa1P位于花粉管顶端,与另一个花粉管特异表达的PME蛋白互作,共同维持花粉管正常的甲酯化修饰程度,以保障花粉管在Ga1-S型花丝中的正常伸长,并最终授精结实。

ZmGa1P基因的成功克隆为实现玉米无隔离杂交种制种、特用玉米与普通玉米以及转基因和非转基因玉米的生殖隔离创造了条件。通过多年的育种实践,陈化榜研究组已利用该位点育成了我国首个杂交不亲和糯玉米组合,实现了玉米不亲和现象的无隔离应用。在理论方面,不同于已发现的植物种间和种内不亲和性是由核酸酶介导的降解途径决定的分子机制,该研究首次发现玉米中的不亲和性是由调控花粉管生长的PME复合体所控制,该机制也可能普遍存在于单子叶植物中。因此,这项成果具有重要的理论创新和应用前景。

据悉,陈化榜研究组博士研究生张照贵和周奕华研究组副研究员张保才为该论文共同第一作者。该研究得到了国家转基因专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金委以及中科院青年创新促进会的资助。(生物谷Bioon.com)

 

从技术走向临床,基因检测还要走多久?

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作为精准医疗的重要组成部分,基因组测序项目近些年来持续火热,自2015年国内基因检测行业不断走向新的高度,市场竞争不断加剧,基因检测应用范围也逐渐拓宽。目前无创产前筛查等生育健康类基因检测服务已于2017年相继上市并,然而,肿瘤基因检测领域市场格局仍未稳定。

全新的思路探索肝癌的早筛

中国是一个肝病大国,根据世界卫生组织2014年公布的数据,全球每年新增的肝癌患者中,中国患者占比超过50%。同时,这是一种隐匿性发病的癌症,大部分患者在诊断出癌症时通常已经发展到晚期。对于肿瘤的治疗,早发现早治疗是指导原则。以肺癌的临床数据为例,I期治疗后的5年生存率可达80%,II期的5年生存率可达60%,III期的5年生存率平均为20%。而对于肝癌,如果在早期就进行治疗,5年生存率可达80%。

贝瑞基因总经理兼和瑞基因董事周代星博士表示,“多年来学术界和临床一直在寻找有效的诊断技术,希望通过肿瘤早筛技术,早发现早治疗,造福患者和社会。随着高通量基因检测技术日益成熟,给了我们一个全新的思路用以探索癌症早筛的方法。在早期肿瘤细胞没有扩散的时候对疾病进行筛查、监控、干预,是目前对肿瘤最理想的临床解决方案。同时我们也做了很长时间的技术储备,有信心通过这些技术手段来帮助临床实现目标。虽然肿瘤早筛这条道路向前走还有无数的挑战在等着应对,但这是中国、甚至全球共同努力的一个重要方向。”

PreCar项目:早诊技术从概念阶段到临床实践阶段

2018年CSCO大会上,由和瑞基因联合国家肝癌科学中心发起的PreCar(Prospective suRveillance for very Early hepatoCellular cARcinoma)项目公布了先导试验成果。数据显示,在特异性95%的情况下,肝癌检测灵敏度超过了90%;即使把特异性标准设置在99%,灵敏度也达到了87%。

据悉,PreCar项目是由中国工程院院士、国家肝癌科学中心主任、科技部传染病专项副总师王红阳教授和亚太地区肝病学会主席、广州南方医院侯金林教授牵头,和瑞基因联合发起的目前国内最大的一个正在开展的肝癌前瞻性队列研究项目,也是我国肝癌临床基础研究权威机构和我国肿瘤基因检测领军企业共同合作的典范。

PreCar项目被视作中国肝癌早筛早诊研究的一个重要里程碑。国家肝癌科学中心研究员、项目总协调陈磊教授对此表示,“为了顺利的开展PreCar项目,确定早诊早筛分子标志物和检测方法是其中关键环节。肿瘤的复杂性使得依靠单一分子标志物进行早期筛查可能性很低。而多类别分子标志物的筛选也很有挑战,不仅需要从种类众多的标志物中找到合适的,还需要建立各种可靠的低频探测技术。先导试验的完成,印证了我们研究思路,同时构筑起了整个研究的实验技术和分析算法框架。”

先导性试验的初步成功确立了和瑞基因在肿瘤早筛上的多组学实验方案,同时也对多类别指标的整合分析算法进行了探索。但这仅仅是公司在肿瘤早筛预警上迈出的第一步。PreCar项目将招募超过1万例肝癌高危人群(其中肝硬化患者超过5000名,乙肝患者超过5000名),建立随访监控队列、开展为期3年的前瞻性队列研究,依托高通量基因组测序等技术进行外周血肝癌极早期预警标志物的筛选、鉴定以及应用。可以说,该项目是我国肝癌临床基础研究权威机构和我国肿瘤基因检测领军企业共同合作的典范。目前,项目的先导实验已稳步开展并累积了大量数据,项目主体将于近期正式启动,进入后续的多中心临床跟踪及数据分析、验证阶段。整体实验预计在2021年完成。

最后,贝瑞基因总经理兼和瑞基因董事周代星博士强调,“单纯的基因数据本身的价值是有限的,我们要在基因数据之外找到足够多的匹配的临床数据,这样二者结合之后才能把最大的价值发挥出来,现如今,拥有数据量的多少不再是基因测序行业里唯一的竞争优势,而是否能够将海量的大数据进行解读,转换成具体能够应用的有效信息,进而指导临床决策,显然已成为测序行业发展的核心竞争力。”

作物驯化基因平行选择研究取得进展

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作物驯化基因平行选择研究取得进展
作物驯化是农业发展中最重要的事件之一。作物驯化过程中,一些重要农艺性状表现出趋同驯化的特征,这些特征综合在一起被称为“驯化综合征”。控制这些性状的基因是否在不同物种驯化中受到平行选择一直是进化研究中的重要科学问题。迄今为止,同一基因在不同科作物驯化中受到平行选择仍未见报道。种子休眠减弱是一个典型的“驯化综合征”相关农艺性状。由于种子休眠表型难以鉴定,目前在作物驯化中受到选择的控制种子休眠基因报道极少,也是最难研究的驯化性状之一。
中国科学院遗传与发育生物学研究所田志喜研究组和储成才研究组合作,联合美国乔治亚大学教授Scott Jackson等团队,通过全基因组关联分析,鉴定到一个控制大豆种皮绿色的G基因。有意思的是,G基因在大豆驯化过程中受到选择,且与大豆种子休眠减弱相关。进一步研究发现,G在水稻和番茄中的同源基因在驯化过程中也受到选择。遗传学实验同样证明,G在水稻驯化中同样与种子休眠减弱相关。此外,拟南芥中该基因的同源基因也参与种子休眠调控,且野生群体中不同单倍型在休眠特性上也存在明显差异。生化分析表明,G蛋白可能通过与调控植物休眠激素脱落酸(ABA)合成蛋白NCED3、PSY相互作用,调节ABA在种子中的积累,从而影响种子休眠。该基因是首个被发现在多个科作物驯化中受到平行选择的基因,这对于新物种的驯化具有重要指导意义。
研究成果于9月24日在线发表于《自然-遗传学》杂志(Nature Genetics,DOI:10.1038/s41588-018-0229-2)。田志喜研究组王敏、房超、刘羽诚与储成才研究组李文振、徐凡为该论文共同第一作者,田志喜、储成才与Scott Jackson为共同通讯作者。该研究得到中科院战略先导研究计划、国家自然科学基金委的资助。(生物谷Bioon.com)

Nat Genet:迄今为止最大规模的遗传分析鉴别出535个高血压风险基因

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2018年10月13日 讯 /生物谷BIOON/ –近日,一项刊登在国际杂志Nature Genetics上的研究报告中,来自兰卡斯特大学的科学家们通过研究对100多万人进行了迄今为止最大规模的遗传分析,鉴别出了535个与高血压发生相关的新型基因。

Nat Genet:迄今为止最大规模的遗传分析鉴别出535个高血压风险基因

图片来源:commons.wikimedia.org

研究者表示,所有相关变异的综合效应常常会展示出一种较大的合并风险,这就迫使研究人员需要进一步调查研究提出一种潜在的精确医疗策略来预防高风险患者心血管疾病的发生。高血压是引发心血管疾病的一种高度遗传性和可修饰的风险因素,截止到目前为止,科学家们所鉴别出的所有遗传突变仅能够解释不同血压的两个人之间3%-4%的差异。

这项研究中,研究人员通过研究鉴别出了三倍以上影响机体血压的遗传性特点;研究者所发现的血压调节的新型生物学通路或许能够帮助后期开发有效预防心血管疾病的新型疗法或策略。文章中,研究者检测了大约700万个常见的与收缩压和舒张压及脉搏压相关的遗传变异。

最后研究者共鉴别出了535个新型基因能够影响个体的机体血压,从而就使得影响血压的风险基因数量增加到了901个。研究者说道,所有血压相关突变体的组合常常与收缩压升高10毫米汞柱有关,而且其还会使得个体患高血压的风险增加2.59倍,心血管疾病风险增加1.45倍。

此外,高血压和生活方式之间或许也存在一种遗传重叠,比如,很多与血压相关的基因与个体摄入的水果、水分、茶、咖啡、酒精和盐分有关。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Evangelos Evangelou, Helen R. Warren, David Mosen-Ansorena, et al. Genetic analysis of over 1 million people identifies 535 new loci associated with blood pressure traits. Nature Genetics, 2018; 50 (10): 1412 DOI: 10.1038/s41588-018-0205-x

更多内幕曝光!世界首例免疫艾滋病基因编辑婴儿是科学突破还是噱头?

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2018年11月27日/生物谷BIOON/—2018年11月26日,中国科学家贺建奎声称世界上首批经过基因编辑的婴儿—一对双胞胎女性婴儿—在11月出生。他利用一种强大的基因编辑工具CRISPR-Cas9对这对双胞胎的一个基因进行修改,使得她们出生后就能够天然地抵抗HIV感染。这也是世界首例免疫艾滋病基因编辑婴儿。

这条消息瞬间在国内外网站上迅速发酵,引发千层浪。有部分科学家支持贺建奎的研究,但是更多的是质疑,甚至是谴责。

一名美国科学家说,他参与了中国的这项研究,但是这类的基因编辑在美国是被禁止的,这是因为DNA变化能够传递到下一代,因而有风险伤害其他的基因。但是,许多主流科学家认为这种尝试太不安全了,而且有些科学家谴责中国的这项研究是人体实验。

贺建奎说,他在生育治疗期间改变了7对夫妇的胚胎,到目前为止仅导致一次成功的怀孕。他说,他的目标不是治愈或预防遗传疾病,而是试图赋予人们很少天然具有的特性—抵抗在未来可能发生的HIV(即艾滋病病毒)感染的能力。他说,所涉及的成功怀孕的夫妇拒绝透露姓名或接受采访,而且他也不会透露他们住在哪里或在哪里工作。

更多内幕曝光!世界首例免疫艾滋病基因编辑婴儿是科学突破还是噱头?
图片来源:ep.bmj.com

迄今为止,还没有人独立证实贺建奎的研究结果,而且他也没有在期刊上发表,因而也不会受到其他专家的审查。他周一(即2018年11月26日)在中国香港向周二开始的国际基因编辑会议的组织者之一透露了他的研究结果,而且稍早前在接受美联社的独家采访中也透露了这一点。

他告诉美联社,“我感到有责任不仅要做第一个吃螃蟹的人,而且要做一个榜样。社会将会决定下一步该做什么。”

一些科学家对听到这一说法感到震惊并对这一点进行了强烈谴责。美国宾夕法尼亚大学基因编辑专家和Genetics期刊编辑Kiran Musunuru博士说,这是“不合情理的……在人类身上开展在道德或伦理上站不住脚的的实验”。

美国斯克里普斯研究转化研究所主任Eric Topol博士说,“这太不成熟了。我们正在处理人类的操作指令。这是一个大问题。”

不过,作为一名知名的遗传学家,美国哈佛大学的George Church为试图进行阻止HIV感染的基因编辑进行辩护,他将HIV称为“一种主要的不断增加的公共卫生威胁”。在谈及这种目标时,他说道,“我认为这是合理的。”

近年来,科学家们发现了一种相对简单的方法来编辑基因—一段具有特定功能的DNA链。基因编辑工具CRISPR-Cas9使得通过操纵DNA来提供所需的基因或者让致病性的基因失去功能成为可能。它仅在近期才被尝试着用于治疗成年人所患的致命性疾病,而且所产生的DNA变化仅限于那个接受基因编辑的人。对精子、卵子或胚胎进行编辑则不同—所产生的DNA变化是可遗传的。在美国,除在实验室研究外,进行这样的基因编辑是不允许的。中国禁止人类克隆,但并不特别禁止基因编辑。

贺建奎在美国赖斯大学和斯坦福大学深造过,然后返回祖国在深圳成立的南方科技大学成立了一家实验室。他在深圳还创建了两家遗传公司。在贺建奎返回中国后,与他一起工作的这名美国科学家是物理学和生物工程学教授Michael Deem,Deem是贺建奎在赖斯大学求学时的学业导师。Deem在贺建奎创建的这两家遗传公司中拥有“少数股权”,而且还是这两家遗传公司的科学咨询委员会成员。

贺建奎表示,多年来,他在实验室中已对小鼠、猴子和人类胚胎进行了基因编辑,并且针对他的方法申请了专利。

贺建奎说,他选择对人类胚胎进行基因编辑是为了阻止HIV感染,这是因为HIV感染在中国是个大问题。他试图让一个称为CCR5的基因失去功能,这是因为这个基因编码的蛋白是导致艾滋病(AIDS)的HIV病毒侵入人类免疫细胞的门户。他说,这个研究项目中的所有男性都感染上HIV,所有女性都没有,不过开展这种基因编辑的目的并不是为了阻止较低的传播风险。这些男性体内的HIV感染受到标准HIV药物的深度抑制,并且有一些简单的不涉及改变基因的方法来阻止他们携带的HIV病毒感染他们的后代。相反,他开展这种基因编辑的目的是给受HIV影响的夫妇提供一个可能保护孩子免受类似命运的机会。为此,他通过北京艾滋病公益组织“白桦林(Baihualin)”招募了一对夫妇。该组织的化名为“Bai Hua”的负责人告诉美联社,HIV感染者在他们的感染被发现后失去工作或很难得到医疗救助的情形并不少见。

以下是贺建奎描述这项研究是如何开展的:
这种基因编辑发生在体外受精(IVF)或者说实验室培养皿受精期间。首先,精子经“清洗”后与它的精液分离开,这是因为HIV有可能潜伏在精液中。将单个精子放入单个卵子中,从而产生胚胎。随后往所产生的胚胎中添加基因编辑工具CRISPR-Cas9。

当胚胎3~5天大时,取出胚胎中的一些细胞以便检查基因编辑情况。参加这项研究的夫妇可选择是否使用经过基因编辑或未经过基因编辑的胚胎进行怀孕尝试。贺建奎说,总共在22个胚胎中,有16个发生了基因编辑,在6次植入尝试中使用了11个胚胎,最终成功实现了这个双胎妊娠。

贺建奎说,测试结果表明在这对双胞胎婴儿中,一名婴儿的两个CCR5基因拷贝都被改变,另一名婴儿的仅一个CCR5基因拷贝被改变,不过没有证据表明这会对其他基因造成伤害。

有一个CCR5基因拷贝的人仍然能够感染上HIV,尽管一些非常有限的研究指出一旦遭受HIV感染,他们的健康状况可能会下滑得更慢。

一些科学家审查了贺建奎向美联社提供的材料,并说道迄今为止的测试结果不足以说明这种基因编辑发挥了作用或者不会对其他的基因带来伤害。他们还注意到,有证据表明这种基因编辑并不充分,而且在这对双胞胎婴儿中,至少有一名婴儿看起来是由携带着发生不同DNA变化的细胞拼凑而成的。

Church说,如果仅有一些细胞发生改变,那么“这几乎就像没有发生基因编辑一样”,这是因为HIV感染仍然会发生。

Church和Musunuru质疑允许其中的一个胚胎用于怀孕尝试的决定,这是因为贺建奎及其团队表示他们事先知道存在两个CCR5基因拷贝都没有被改变的情况。

Musunuru说,“在那名婴儿身上,在阻止HIV感染方面几乎没有什么收获,但是你却让那名婴儿处于全所未知的安全风险之中。”

Church说,使用这个胚胎(指的是两个CCR5基因拷贝都没有被改变的胚胎)表明这些研究人员的“主要重点是测试基因编辑,而不是避免这种疾病”。

即使这种基因编辑表现完美,缺乏正常CCR5基因的人也会面临着感染上某些其他病毒(如西尼罗河病毒)和死于流感的风险。Musunuru说,鉴于有很多方法来阻止HIV感染,而且如果发生HIV感染,它也是可以治疗的,因此,因缺乏正常CCR5基因而产生的其他医疗风险也是令人担忧的。

人们对贺建奎提及他取得进展的方式也存在疑问。在开展他的研究很久后,他于2018年11月8日在中国的临床试验登记处,正式通报了他的研究。

迄今为止,人们尚不清楚这项研究的参与者是否完全理解它的目的以及它的潜在风险和益处。比如,知情同意书将这个研究项目称为“艾滋病疫苗开发(AIDS vaccine development)”计划。Deem说,当候选参与者表示同意并且他“绝对”认为他们能够理解这些风险时,他就在中国。Deem说,他曾与贺建奎在赖斯大学一起从事疫苗研究,并认为这种基因编辑类似于疫苗。他说,“这可能是外行人描述它的方式。”

Deem和贺建奎都是物理专家,没有开展人体临床试验的经验。

贺建奎说,他个人明确了这些目标,并告诉参与者,胚胎基因编辑之前从未尝试过,而且存在风险。他说,他还为这个研究项目中怀上的任何婴儿提供医学保险,并且计划对这些婴儿进行随访,直到他们年满18岁甚至更长时间(如果他们成年后同意的话)。

贺建奎承认,在当前的怀孕尝试安全性得到分析和这个领域的专家进行权衡之前,进一步的怀孕尝试暂停了,不过的确没有提前告知这些参与者一旦获得“第一次怀孕尝试”后,他们可能没有机会尝试他们签约的内容。免费生育治疗是他们达成的交易的一部分。

贺建奎说,针对他的研究项目,他寻求并获得深圳和美妇儿科医院(Shenzhen Harmonicare Women’s and Children’s Hospital)的批准,不过这家该医院不是他所说的为他的研究或怀孕尝试提供胚胎的四家医院之一。在提供胚胎的四家医院中,几家医院的一些工作人员对这项研究的性质一无所知,贺建奎和Deem说,这样做是为了阻止一些参与者的HIV感染被披露。

作为深圳和美妇儿科医院伦理小组的负责人,Lin Zhitong说,“我们认为这是合乎道德的。”

贺建奎说,任何处理样本的医务人员都知道样本中可能含有HIV。作为贺建奎实验室的一名胚胎学家,Qin Jinzhou向美联社证实,他做过精子清洗,并且在一些怀孕尝试中注射了基因编辑工具CRISPR-Cas9。

贺建奎说,这项研究的参与者虽然不是伦理学家,但是“针对什么是正确的什么是错误的,他们也有同样的发言权,这是因为这关系到他们的生活。”

贺建奎说,“我相信这将有助于这些家庭及其子女。”如果它引起不必要的副作用或伤害,“我会感受到与他们一样的痛苦,这将是我自己的责任。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:


First gene-edited babies claimed in China


Gene-edited baby claim by Chinese scientist sparks outrage

PNAS:出生前的环境或会影响机体的基因组印记

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2018年12月8日 讯 /生物谷BIOON/ –近日,一项刊登在国际杂志Proceedings of the National Academy of Sciences上的研究报告中,来自美国、澳大利亚和丹麦的科学家们通过研究发现了出生前的环境或许会调节机体基因组印记的证据,文章中,研究者描述了他们对此前多项研究中基因组数据的分析以及相关的基因组印记等信息。

PNAS:出生前的环境或会影响机体的基因组印记

图片来源:CC0 Public Domain

基因组印记是指基因表达会被限定在单一的等位基因中,即基因的替代形式,比如参与编码眼睛颜色的基因;基因组印记的发生被认为是参与单亲发生过程的一部分,其通常由甲基化所介导,这项研究中,研究人员通过研究阐明了个体的出生前环境在基因组印记发生过程中所扮演的关键角色,同时他们还分析了包括甲基化作用在内的多项遗传研究中的数据。

在其中一项全表观基因组学关联研究(EWAS)中,研究人员对来自冈比亚的114名儿童的数据进行收集并分析,结果发现,在异常干旱的生长季节及所导致的食物短缺时期受孕出生的儿童中,nc886基因的差异甲基化区域被印在了78%的儿童机体中,此外,研究者还发现,在雨季受孕出生的儿童机体中,有93%的儿童机体中都出现了同样的基因印记。

研究结果表明,营养状况在机体基因印记发生过程中扮演着关键角色,当对来自EWAS研究计划中的数据进行分析后,研究者发现,孕妇生育时的年龄或许在基因组印记发生上也扮演着关键角色,20岁以下母亲所生的孩子机体中发生基因印记的比例为47%,而目前年龄大约20岁时,这一比例会达到75%。

最后研究者总结道,他们发现了一种新方法,或许能将表观遗传信息从孕妇机体传递给胚胎或胎儿,后期研究人员在进行EWAS时将会考虑基因印记对孕妇及其后代所产生的影响。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Brittany L. Carpenter, Wanding Zhou, Zachary Madaj, et al. Mother–child transmission of epigenetic information by tunable polymorphic imprinting, Proceedings of the National Academy of Sciences (2018). DOI: 10.1073/pnas.1815005115

Nucleic Acids Res:揭示CRISPR-Cas9基因编辑为何遭遇失败

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2018年12月31日/生物谷BIOON/—CRISPR-Cas9基因编辑工具的出现使得基因编辑变得非常容易。不幸的是,人们近期发现这种分子工具不如之前认为的那么精确。它可能导致细胞DNA中不需要的突变产生。

如今,在一项新的研究中,来自荷兰代尔夫特理工大学的研究人员鉴定出一种当CRISPR-Cas9使用不当时导致这些不需要的突变产生的机制。这可能导致休眠的基因表达,因而可能是非常危险的。基于这一发现,他们构建出一个检查清单。使用这个检查清单将会这种有害机制激活,并且让利用CRISPR-Cas9进行基因编辑变得更加安全。相关研究结果近期发表在Nucleic Acids Research期刊上,论文标题为“Allele-specific genome editing using CRISPR–Cas9 is associated with loss of heterozygosity in diploid yeast”。

Nucleic Acids Res:揭示CRISPR-Cas9基因编辑为何遭遇失败
图片来自Nucleic Acids Research, doi:10.1093/nar/gky1216。

与很多有机体一样,人类细胞含有的每条染色体都存在两个拷贝:一个拷贝来自父亲,另一个拷贝来自母亲。这些染色体拷贝几乎是完全相同的,但是它们在许多基因中存在着很小的差异。这些较小的变化导致不同个体之间的遗传差异。对每条染色体而言,存在一个备份可能听起来像是一件好事。然而,这些研究人员发现当与基因编辑工具CRISPR-Cas9相结合时,这会引起问题。论文通讯作者Jean-Marc Daran博士说,“当将CRISPR-Cas9用于靶向人类等杂合有机体中的单条染色体时,一种自然修复机制就会被激活。事实证实这种机制使用这条染色体的另一个拷贝作为修复它的DNA的模板。”


基因组编辑

通常情形下,使用CRISPR-Cas9的基因编辑专家能够通过引入一段新的DNA序列来改变细胞的部分基因组。Cas9蛋白在靶位点上切割DNA,之后细胞有望使用这段新的DNA来修复它的DNA。因此,新的基因就能够被引入。Daran说,“当然,当这种修复机制使用另一条染色体而不是这段新引入的DNA作为模板时,基因编辑将不会取得成功。”由于利用另一条染色体进行DNA修复的效率更高,利用预期的DNA片段进行DNA修复几乎从不会发生。更糟糕的是,杂合性丢失也可能会发生,这会导致严重的健康后果。处于休眠状态的致病基因—比如导致癌症的基因—可能会表达。


意外发现

这种阻断基因编辑的修复机制的发现是偶然的,这种情形在科学中是经常发生的。论文第一作者、代尔夫特理工大学博士生Arthur Gorter de Vries当时正在研究酿酒酵母。他试图确定酿酒酵母的驯化最终如何导致啤酒生产商当前使用的现代酵母菌株产生。Gorter de Vries说,“我试图去除某个基因以便确定它的功能。奇怪的是,我无法证实我已成功移除了这个基因。我也注意到这些细胞表现不正常。”Gorter de Vries仅靶向他的酵母中的一条染色体。进一步的实验证实酵母细胞使用这条靶染色体的另一个拷贝作为模板来修复他试图移除的DNA。


有害突变

虽然这种新发现的机制能够阻止基因编辑取得成功,甚至能够导致有害的突变,但是这仅发生在杂合有机体中。Daran说,“更重要的是,如果基因编辑仅靶向一条染色体而不是两条染色体,那么这种修复机制才是有活性的。”还有一些其他因素需要考虑,这就是为何这些研究人员已经制定出在杂合有机体中进行安全的基因的指导方针。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:


Arthur R Gorter de Vries et al. Allele-specific genome editing using CRISPR–Cas9 is associated with loss of heterozygosity in diploid yeast. Nucleic Acids Res., DOI: 10.1093/nar/gky1216.

2019年基因治疗公司TOP10

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2019年基因治疗公司TOP10

 

相比传统医疗手段,以基因技术为基础的基因治疗手段更具针对性,能够获得较为理想的治疗效果,并能大大减轻患者痛苦,其应用被业内普遍看好。当前,生物医药行业对基因治疗的热情正在持续高涨,该领域许多公司已将一次治愈性基因疗法作为其开发战略的核心。

EvaluatePharma此前发布报告,预计在未来6年内,将有多达60种基因疗法获得批准,这些基因疗法在2024年的销售额将达到146亿美元,约占全球医药总收入的1.2%。

近日,知名财经网站RTT发文,盘点了2019年不容忽视的10家基因治疗公司:

1、applied Genetic Technologies Corp(AGTC)

该公司创立于1999年,总部位于美国佛罗里达州,是一家临床阶段的生物技术公司,致力于为患有罕见、致衰性遗传性疾病的患者开发革命性的基因疗法,其大多数基因治疗项目集中于遗传性眼病领域。该公司采用无毒的腺相关病毒(AAV)递送目标基因,AAV是一种很安全的病毒,已被美国和欧盟监管机构批准用于人体临床。

该公司主要候选基因疗法包括:1)2款全色盲(ACHM)基因疗法,目前正处于2个平行的I/II期临床研究,分别治疗由CNGB3和CNGA3基因突变引起的全色盲,其中CNGB3研究在去年11月共入组了10例患者,预计将在2019年第一季度完成剂量递增部分;2)一款X连锁视网膜色素变性(XLRP)基因疗法,处于I/II期临床研究,已入组8例患者,预计将在2019年第一季度完成剂量递增部分;3)一款X连锁遗传性视网膜劈裂症(XLRS)基因疗法,在2018年12月已报告I/II期研究的顶线中期6个月数据,结果表明该基因疗法安全且耐受性良好,但在治疗6个月内没有观察到临床活性的迹象。上述这些研究预计将在今年公布新的数据。

2、Audentes Therapeutics

该公司创立于2012年11月,总部位于美国加州旧金山,是一家临床阶段的生物技术公司,专注于开发和商业化用于由单基因缺陷引起的严重、危及生命的罕见疾病的创新基因疗法。

该公司正在开发的基因疗法包括:1)AT132治疗X连锁肌小管性肌病,处于I/II期研究ASPIRO,去年10月公布的最新数据很有希望,该研究的下一次临床数据更新预计在今年5月;2)AT342治疗Crigler-Najjar综合征,处于I/II期研究VALENS,预计将于2019年第一季度对该项目进行更新;3)AT845治疗庞贝氏症(Pompe disease),处于IND启动阶段,计划在2019Q3提交IND;4)AT307治疗CASq2相关的儿茶酚胺能多态性室性心动过速,目前也处于IND启动阶段;5)AT720,这是一种新型的基于AAV的治疗方法,正开发用于治疗一种医疗需求显着未满足的神经肌肉疾病,该公司计划在2019Q2公布治疗靶标和AT720项目概况。

3、BioMarin Pharmaceutical

该公司创立于1996年,总部位于美国加州,一家全球性的生物技术公司,为患有严重和危及生命的罕见疾病患者开发创新疗法。该公司拥有7个商业化药物和多个临床和临床前候选药物。其管线中的候选基因疗法包括:

1)Valoctocogene Roxaparvovec,这是一种基于AAV的基因疗法,正处于2个III期临床研究GENEr8-1和GENEr8-2,治疗A型血友病患者;其中,GENEr8-1研究正在评估6e13 vg/kg剂量,GENEr8-2研究正在评估4e13 vg/kg剂量。GENEr8-1研究预计将在2019Q2完成患者入组全面注册,如果一切顺利,Biomarin公司将在2019年下半年提交Valoctocogene Roxaparvovec的生物制品许可申请(BLA),并寻求加速批准。

2)BMN 307,这是一种治疗苯丙酮尿症的基因疗法,目前正处于临床前测试,该公司已计划在2019年下半年提交IND。

4、bluebird bio

该公司创立于1992年,总部位于美国马萨诸塞州,是一家临床阶段的生物技术公司,致力于开发针对严重遗传病的潜在革命性基因疗法和T细胞免疫疗法。目前,该公司管线中的基因疗法包括LentiGlobin、bb2121、Lenti-D。

1)LentiGlobin开发用于治疗输血依赖性地中海贫血(TDT)和镰状细胞病(SDS)2个适应症,其中治疗TDT和非β0/β0基因型TDT青少年和成人患者的上市申请正在接受欧洲药品管理局(EMA)的审查。LentiGlobin治疗重度SDS处于I/II期研究HGB-206。

2)bb2121由蓝鸟生物与新基共同开发,治疗复发性/难治性多发性骨髓瘤正处于一项关键性II期研究KarMMa。

3)Lenti-D正开发用于治疗一种罕见代谢紊乱疾病的男性儿童患者,名为脑肾上腺脑白质营养不良(CALD)。去年9月,蓝鸟生物公布了Lenti-D治疗17岁及以下CALD男性患者的II/III期临床研究STARBEAM的更新数据,以及来自对17岁及以下CALD男性患者进行异基因造血干细胞移植(allo-HSCT)的观察性研究ALD-103的初步数据。Lenti-D治疗CALD的一项多中心III期研究预计将在2019年初启动。

5、Nightstar Therapeutics

该公司创立于2013年,总部位于英国伦敦,是一家临床阶段的生物技术公司,致力于开发治疗罕见遗传性视网膜疾病的一次性基因疗法,如脉络膜和X连锁视网膜色素变性。

公司管线中的基因疗法包括:1)NSR-REP1用于治疗无脉络膜症,处于III期临床开发,患者招募正在进行中,预计将在2019年上半年完成招募工作;2)NSR-RPGR用于治疗X-连锁视网膜色素变性,处于II/III期扩展研究XIRIUS,该研究的I期剂量递增部分包括6个队列,每个队列3例患者,共计18例成人患者。去年9月,该公司报告了前5个队列(15例患者)的初步安全性和疗效数据。预计将在2019年第二季度提供所有18例患者的6个月随访数据,预计将在2019年第四季度提供一年随访数据。XIRIUS研究的II/III期扩展部分旨在招募45例患者,初步疗效数据预计将在2019年年中公布。

6、Sangamo Therapeutics

该公司创立于1995年,总部位于美国加州,致力于开发基于AAV的基因疗法,治疗单基因疾病,如血友病和某些遗传性代谢疾病。

该公司的基因疗法包括:1)SB-525治疗A型血友病,处于I/II期临床,该研究于2017年6月启动,目前正在招募患者,预计将在2022年1月完成;2)SB-FIX治疗B型血友病,正处于一项I/II期临床研究;3)SB-318治疗粘多糖I型(MPS I)成人患者,处于一项I/II期临床研究,预计将在2019年2月7日公布首批3例成人患者治疗4周的初步安全性和生化变化;4)SB-913治疗粘多糖II型(MPS II),处于一项I/II期临床研究CHAMPIONS,预计将在2019年2月7日6例患者治疗24周的安全性和生化变化的最新数据。

7、Spark Therapeutics

该公司成立于2013年,总部位于美国宾夕法尼亚州,是一家商业化阶段的生物技术公司,专注于开发治疗遗传疾病的基因疗法。该公司所开发的基于AAV的基因疗法Luxturna已于2017年12月获得美国FDA批准,用于治疗因双拷贝RPE65基因突变所致视力丧失但保留有足够数量的存活视网膜细胞的儿童和成人患者恢复和改善视力;在欧盟,该基因疗法于2018年11月获批。截止2018年9月30日的9个月内,Luxturna的净销售额为1560万美元。

公司处于临床阶段的其他候选基因疗法包括:1)SPK-7001治疗无脉络膜症处于剂量递增I/II期研究;2)SPK-8011治疗A型血友病,处于III期导入研究和I/II期研究;3)SPK-8016治疗A型血友病处于I/II期研究;4)SPK-3006治疗庞贝氏症,预计在2019年进入全球性I/II期临床研究。

8、uniQure

该公司创立于1998年,总部位于荷兰阿姆斯特丹,该公司是AAV基因治疗的先驱,首个基因疗法Glybera于2012年获得欧盟批准,治疗一种极其罕见的遗传性疾病——脂蛋白脂肪酶缺乏症(LPLD)。

公司的主要候选基因疗法包括:1)AMT-061开发用于B型血友病,该疗法由一个携带因子IX Padua变异体(FIX-Padua)基因盒AAV5载体组成,正处于关键性III期临床研究HOPE-B,患者给药预计将在2019Q1启动;2)AMT-130开发用于亨廷顿氏病(HD)的治疗,这是一种罕见的遗传性疾病,导致大脑神经细胞的渐进性破坏,并在12-15年内导致完全的身心恶化。AMT-130的IND已于2018年12月提交,临床研究预计将在2019年开始。

除了上述2个候选基因疗法之外,该公司也有一些处于早期研究阶段的基因治疗项目。

9、VBL Therapeutics

该公司位于以色列,是一家专注于开发抗癌基因生物制剂的后期临床阶段生物技术公司,其主要候选产品是VB-111,这是一种抗癌基因疗法,治疗复发性铂耐药卵巢癌正处于III期临床研究OVAL,该研究的疗效中期结果预计将于2019年第四季度公布。VB-111治疗复发性多形性胶质母细胞瘤的II期临床研究预计将在2019年上半年启动,预计将于2020年年中公布数据。

除了VB-111之外,该公司还有几种基因疗法处于临床前测试阶段,包括VB-511、VB-211和VB-411。

10、Voyager Therapeutics

该公司是一家临床阶段的基因治疗公司,专注于开发治疗严重神经疾病的基因疗法,其主要临床项目为VY-AADC,这是一种基因疗法,正处于II期临床研究RESTORE-1,用于帕金森病患者治疗对药物难以控制的运动波动。该研究最初设计为入组41例患者。基于2018年12月与美国FDA举行的B类会议,该公司决定将RESTORE-1研究的入组患者总数增加至75-100例。

该公司还计划启动VY-AADC的一项交错平行III期研究,该研究的规模和设计与RESTORE-1相似。(生物谷Bioon.com)

 

Nature:重磅!首次成功地在哺乳动物中进行基因驱动

基因君


2019年1月25日/基因宝jiyinbao.com/—基因驱动(gene drive)是一种基因工程技术,它促进后代要比正常情形时更频繁地遗传来自一个亲本的特定等位基因。它已在昆虫中发挥作用。如今,在一项新的研究中,来自美国加州大学圣地亚哥分校的研究人员发现它也能够成功地在脊椎动物中发挥作用。在这项研究中,他们描述了一种方法,它利用CRISPR-Cas9改变雌性小鼠生殖系细胞,从而促进小鼠后代出现白色毛发和表达一种红色荧光蛋白。相关研究结果于2019年1月23日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Super-Mendelian inheritance mediated by CRISPR–Cas9 in the female mouse germline”。

英国爱丁堡大学研究员Bruce Whitelaw(没有参与这项研究)说,“这是第一篇强有力地描述基因驱动在哺乳动物中发挥作用的论文。”

根据论文通讯作者、加州大学圣地亚哥分校进化发育生物学家Kimberly Cooper的说法,启动这个研究项目的原因在于她和她的团队想要能够复制其他物种的遗传变化,这样他们就能够理解这些变化如何导致特定性状。但是,利用传统的小鼠遗传学,将多个转基因组合在一起并且让小鼠中每个转基因的两个等位基因保持纯合是很棘手的。比如,在两只小鼠中,让每只小鼠携带相同的三个基因的突变拷贝需要将近150个后代才有90%的机会让它们中的一个后代是纯合的三重突变体。

Nature:重磅!首次成功地在哺乳动物中进行基因驱动
图片来自The Scientist。

Cooper及其团队寻求加州大学圣地亚哥分校的Ethan Bier和Valentino Gantz的帮助,其中Bier和Gantz在2015年描述了在果蝇中成功使用了基因驱动(Science, doi:10.1126/science.aaa5945)。

他们特别强调了这种技术能够将杂合突变快速转化为果蝇群体中的纯合突变。目标是在特定的染色体位置上用Cas9切割DNA。随后,通过一种称为同源介导修复(homology directed repair)的过程校正这种DNA断裂,在这种过程中,同源染色体上的互补基因座用作模板。就2015年的这种果蝇基因驱动而言,这种模板携带着的向导RNA(gRNA)靶向一个将被编辑的野生型基因和cas9基因。通过这种方式,存在于一条染色体上的这个经过编辑的基因最终在另一条染色体上复制,从而增加了它在下一代中遗传的可能性。

Cooper说,尽管基因驱动在果蝇中取得了成功给人们带来了希望,但是“它在小鼠中的效果并不明显,这是因为昆虫和小鼠在7.5亿多年前就与共同的祖先分歧开来”,在那么长的时间里,“很多东西都可改变这种机制在动物身上的作用。”

在这项新的研究中,Cooper团队着重关注编码酪氨酸酶(Tyrosinase)的基因,它决定着毛发颜色,并且让这些研究人员容易观察他们的这个经过编辑的基因是否发生了复制。他们将含有gRNA的基因驱动插入到Tyrosinase基因的第四个外显子中,其中这种gRNA能够将Cas9引导到Tyrosinase基因和一个编码红色荧光蛋白的基因上。

在将精子、卵子和胚胎发育过程中的不同时间和不同地方将一个激活cas9的转基因引入到小鼠群体中后,Cooper团队观察了他们培育出的小鼠是否具有白色的毛发,这是因为这可表明Cas9是否切割了Tyrosinase基因,此外,他们还观察它们是否发出红光荧光,这是因为这意味着遭受切割的Tyrosinase基因是否已被经过编辑的基因拷贝修复。

Cooper团队发现当在雌性小鼠卵子发育期间激活Cas9时,这个经过编辑的基因以高于50%(最好时大约72%)的频率进行复制。在早期的胚胎发育期间或者在雄性精子发育期间激活Cas9不会导致同源介导修复,相反地,这会主要导致Cas9靶位点发生插入或缺失。

这些研究人员正在优化Cas9在雌性小鼠中产生的时间,并且正在研究更高的效率是否可能解决雄性动物中同源介导修复的缺乏。Cooper说,“这是首个证据表明基因驱动可在哺乳动物中发挥效果,但是它并不完美,因此我们想要让它变得更好。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:


H.A. Grunwald et al., “Super-Mendelian inheritance mediated by CRISPR–Cas9 in the female mouse germline,” Nature, doi:10.1038/s41586-019-0875-2, 2019.

Nature:科学家发现新型的CRISPR基因编辑工具:CasX

基因君

2019年2月10日 讯 /生物谷BIOON/ –在短短7年时间里,Cas9已经成为了在人类、植物、动物和细菌中能够被使用的强大基因编辑工具,其能快速并准确地切割和拼接DNA,其也有望帮助开发治疗多种人类疾病的新型疗法。日前,一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中,来自加州大学伯克利分校的科学家们通过研究发现了一种新型的小型CRISPR基因编辑工具:CasX,其与蛋白Cas9较为相似,但比Cas9小很多。

Nature:科学家发现新型的CRISPR基因编辑工具:CasX

图片来源: University of California – Berkeley

实际上,CasX是细菌和人类细胞中潜在的一种有效基因编辑工具,其似乎是在细菌中进化出的独立于其它Cas蛋白的一种特殊蛋白,CasX能够切割双链DNA,结合DNA并调节基因的表达,同时还能靶向作用特殊的DNA序列。由于CasX来自于细菌细胞中,因此相比Cas9而言,人类机体免疫系统或许能够更加容易地接纳CasX。

研究者Benjamin Oakes说道,基因编辑工具的免疫原性、传递和特异性都非常重要,我们对CasX也抱有很大希望;这项研究中,研究者利用冷冻电子显微镜捕捉到了CasX蛋白在基因编辑过程中的快照图像,基于蛋白质的特殊分子组成和形状,研究者表示,CasX的进化独立于Cas9,其二者并无共同祖先。

研究者表示,首先需要指出的是这些高度特异性的结构域是如何完成类似于他们在其它RNA引导的DNA结合蛋白中所观察到的作用,CasX的最小尺寸有助于展示其在自然界中使用的基本配方,而理解这种配方则能够帮助开发有用的基因编辑工具。最后研究者Jennifer Doudna说道,生物化学、基因编辑和结构性实验在单一研究中的极限就是能够帮助研究人员尽可能地全面理解CasX的作用机制,后期研究人员还将继续深入研究来阐明CasX的作用原理。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Jun-Jie Liu, Natalia Orlova, Benjamin L. Oakes, et al. CasX enzymes comprise a distinct family of RNA-guided genome editors, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-0908-x

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