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Mol Cell:基因的剪接作用如何影响机体的患病风险

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2018年9月4日 讯 /生物谷BIOON/ –没人知道一天中有多少次,甚至在一个小时内,我们体内的数万亿个细胞需要制造多少蛋白质,但我们知道,细胞会以大规模的方式在不断制造蛋白质,一旦该过程发生的话,细胞核中就会发生一种称之为RNA剪接(RNA splicing)的编辑过程,其能够确保RNA指令被传送至与机体基因蓝图精确对应的细胞工厂中。

Mol Cell:基因的剪接作用如何影响机体的患病风险

图片来源:Diagram courtesy of Khan Academy

近日,一项刊登在国际杂志Molecular Cell上的研究报告中,来自冷泉港实验室的研究人员通过研究阐明了指导细胞加工这些RNA信息的规则,这或许能帮助研究人员准确预测特殊遗传突变如何影响上述过程,同时还能帮助估测特殊突变如何影响机体的患病风险。剪接作用会从原始未编辑的基因RNA拷贝中移除内含子片段,从而留下编码蛋白质的外显子区域,人类基因组中有超过20万个内含子片段,如果其进行了不精确地拼接,细胞就会产生大量缺陷蛋白质,所带来的后果就是致命性的,大约14%的单字符突变就与多种人类疾病直接相关。

细胞中的剪接机器能够寻找剪接位点来从原始的RNA信息中准确移除内含子,基因组中所有剪接位点都比较相似但却并不相同,而且小型的改变并不总会损伤剪接的效率,对于内含子5’剪接位点而言,在首个和第二个DNA位点,突变常常会产生较强的影响,而内含子其它位点的突变则会产生一些戏剧性的效果或者没有任何影响。

目前研究人员很难预测疾病相关基因中剪接位点的突变如何影响患者的患病风险,比如,BRCA1和BRCA2基因的突变就会增加女性患乳腺癌和卵巢癌的风险,但并不是每一个突变都是有害的。文章中,研究人员在所有可能的DNA组合元件中都创建了5’拼接位点,随后测定了相应的内含子从RNA片段上移除后所发生的结果,这项研究中,研究人员利用了来自BRCA2和IKBKAP及SMN1基因的内含子进行了研究,IKBKAP及SMN1基因的突变会诱发神经变性疾病。

在上述三个基因的内含子中,研究人员检测了3.2万个5’拼接位点,他们发现,在不同的内含子中,特定的DNA序列会与相似的拼接有效或无效直接相关,而每一个基因的其它特性似乎更倾向于在每一种特殊的情况下修饰对机体所带来的影响,换句话说,给定的5’拼接位点内部的突变或许会影响剪接作用是可以进行预测的,但其也会被剪接位点自身所影响。研究者表示,后期他们还将进行更为深入的研究来帮助预测特殊剪接位点突变所带来的影响。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Mandy S. Wong, Justin B. Kinney, Adrian R. Krainer. Quantitative Activity Profile and Context Dependence of All Human 5′ Splice Sites. Molecular Cell, 2018; DOI: 10.1016/j.molcel.2018.07.033

Nature:重磅!新研究使得在体内进行CRISPR/Cas9精准基因组编辑成为可能

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2018年9月14日/生物谷BIOON/—在临床中使用CRISPR/Cas9基因编辑的一个障碍是Cas9核酸酶可能会在错误的位点上切割DNA。在一项新的研究中,来自美国麻省总医院和英国阿斯利康公司的研究人员描述了一种在整个基因组中预测这些脱靶突变的策略,并且在小鼠中证实经过精心设计的向导RNA(gRNA)链不会产生任何可检测到的切割错误。相关研究结果于2018年9月12日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“In vivo CRISPR editing with no detectable genome-wide off-target mutations”。论文通信作者为阿斯利康公司生物学家Marcello Maresca和麻省总医院生物学家与病理学家J. Keith Joung。

Nature:重磅!新研究使得在体内进行CRISPR/Cas9精准基因组编辑成为可能
图片来自Nature, doi:10.1038/s41586-018-0500-9。

加拿大多伦多大学发育生物学家Janet Rossant(未参与这项研究)说,这项研究证实“你最好确保你拥有非常准确的gRNA”。她补充道,“这种方法是一种更好的在动物模型和人体中开展实验之前测试一种gRNA的特异性的方法。”

根据Maresca的说法,他所在的公司的一个长期目标是能够使用治疗性基因编辑来治疗许多人类疾病。他在一封发送给《科学家》网站的电子邮件中写道,“然而,实现CRISPR药物的潜力需要开发能够高效地修饰靶基因的方法,而且这不会对基因组中的其他地方产生任何影响。”

脱靶切割能够发生在对有机体没有影响的基因组位点上,或者它们能够破坏重要的细胞功能。当试图预测Cas9可能会出错的基因组位点时,科学家们通常从计算预测开始,但是这些计算预测依赖于针对它们的gRNA如何结合DNA和Cas9如何进行切割作出的假设。

美国布朗大学神经科学家Kate O’Connor-Giles(未参与这项研究)说,“看到一种通过实验手段确定脱靶位点的方法是激动人心的,这是因为这种方法不存在针对构成潜在脱靶位点的因素作出假设时引入的偏差。”

为了开发出一种让脱靶效应最小化的方法, Maresca团队与Joung团队合作。他们开发出的这种方法的第一部分—最初由Joung团队开发并于2017年发表(Nature Methods, doi:10.1038/nmeth.4278)—是在体外完成的。首先,他们将基因组DNA —在这项新的研究中,他们用的是小鼠基因组—切割为大约长300个碱基对的片段,随后给这些片段连接上一系列让DNA环化的接头(adapter)。他们引入Cas9和gRNA的复合物,这种复合物在某些位点上切割环状DNA,从而让它线性化。

另一批核酸酶会降解剩余的未被切割的环状DNA。通过这种方式,这些研究人员能够对线性化的DNA进行测序,以便观察Cas9切割(不论是有意的还是无意的)的位点并预测gRNA是否会导致体内脱靶效应。

作为在这项新的研究中开发出的这种方法的第二部分,这些研究人员在小鼠中测试了他们的预测结果。当他们使用他们在体外发现的会在基因组中数千个错误位点进行切割的gRNA时,在他们检查的一部分的预测位点中,超过40%的位点也在小鼠肝脏中发生突变。一个位点在体外筛选中出现的频率越高,它在体内发生突变的可能性就越大。换句话说,在体外发生差错的gRNA在体内也会发生差错。

这些研究人员还在体内实验中检查了小鼠基因组中的通过计算预测可能为脱靶位点但是迄今为止并未在他们的体外筛选过程中出现的位点。他们并没有在这些位点上检测到突变,这意味着他们的体外方法可能不会错过真正的脱靶位点。

对这些研究人员预测对靶位点具有高度特异性的另一种gRNA而言,他们在182个预测的位点中都未发现体内可检测到的突变。

O’Connor-Giles说,“真正的进步是检测有机体特异性脱靶切割的实际能力,而不是依赖于并不一定反映你在正在使用的有机体(在临床环境中,指的是患者)的遗传环境的参考基因组序列。”鉴于使用来自特定患者或有机体体的基因组DNA进行体外筛选是可能的,因此来自测序步骤的序列读取反映了测试对象基因组中可能存在的Cas9靶标。”

Joung说,“这项[研究]应当会鼓励进一步开发体内疗法。它还为人们如何在整个有机体或体内环境中观察这些潜在的脱靶位点提供了重要的蓝图或途径。这一点是非常重要的,这是因为—尤其是出于研究目的—它让你能够评估对策略进行改善特异性的更改是否具有预期效果。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Pinar Akcakaya, Maggie L. Bobbin, Jimmy A. Guo et al. In vivo CRISPR editing with no detectable genome-wide off-target mutations. Nature, Published Online: 12 September 2018, doi:10.1038/s41586-018-0500-9.

Plos Biology:过分关注“明星基因”到底对不对?

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2018年9月26日 讯 /基因宝jiyinbao.com/ –最近在《PLOS Biology》杂志上发表的一项研究显示,历史偏见导致了生物医学研究人员热衷于对10%的人类基因进行无比深入的研究,而忽视其它已知在疾病中发挥作用的关键原因。
作者们发现,政策干预是导致科学家们对成熟课题进行深入研究的主要原因。对年轻科研人员来说,抓住“明星”基因进行研究是他们事业进步的“捷径”。相比之下,专注于对特征不佳的基因进行研究的学生成为独立研究员的几率要低50%。
Plos Biology:过分关注“明星基因”到底对不对?
“我们发现目前对人类基因的研究并未完全反映其重要性,”作者说到: “许多与人类疾病密切相关的基因仍未得到研究。目前的社会力量和资助机制提高了科学家们对过去已经研究过的课题的关注度。”
研究人员对数据应用了系统方法 – 包括化学,物理,生物,历史和实验数据 – 以揭示潜在的模式。除了解释为什么没有研究某些基因之外,它们还解释了研究单个基因的程度。他们可以为大约15,000个基因做到这一点。
2003年完成的人类基因组计划有望扩大科学研究的范围,但西北大学的研究人员发现,目前仍有30%的基因从未成为科学研究的焦点。在90%的已发表论文中,仅有10%不到的基因得到了关注。
作者们指出,此前研究人员只关注了人类基因组中的2000个基因,其余18,000个基因的生物学效应基本上没有被描述。研究人员指出,这18000个基因中包含与乳腺癌或肺癌发病有关的关键基因。(生物谷Bioon.com)

资讯出处:Why some human genes are more popular with researchers than others


原始出处:Thomas Stoeger, Martin Gerlach, Richard I. Morimoto, Luís A. Nunes Amaral. Large-scale investigation of the reasons why potentially important genes are ignored. PLOS Biology, 2018; 16 (9): e2006643 DOI: 10.1371/journal.pbio.2006643

羊草基因资源发掘取得新进展

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羊草基因资源发掘取得新进展

 

羊草是一种重要的天然牧草,在中国的北方广泛生长。不同羊草种质的种子颜色和休眠存在差异,但其相关分子机制尚不清楚,制约着羊草资源的开发及牧草新品种的培育。

中国科学院植物研究所刘公社研究组针对羊草种子颜色及休眠的分子机制开展研究,比较分析了羊草弱休眠性黄色种子和强休眠性棕色种子的转录谱。结果发现,羊草LcbHLH92基因的表达水平与花青素合成酶基因(ANS)和花青素还原酶基因(ANR)的表达水平呈显着负相关;LcbHLH92有两个转录本,LcbHLH92a和LcHLH92b,它们均可被ABA、低温和氯化钠诱导表达。研究人员发现,在拟南芥中过表达LcbHLH92a或LcbHLH92b均可显着抑制叶片和种子中二氢黄酮醇还原酶基因(DFR)和ANS的表达水平,分别导致花青素和原花色素含量的下降,致使转基因拟南芥的种子呈现黄色。萌发测试显示,黄色转基因拟南芥的种子比棕色野生型种子具有更高的发芽率(萌发速度更快)。进一步研究表明,LcbHLH92a和LcbHLH92b可能通过提高JAZs蛋白的表达量而抑制TT8、DRF、ANS和ANR的转录。

该研究首次揭示了LcbHLH92基因与花青素/原花色素合成及种子休眠之间的关系,为羊草种质资源发掘及新品种培育提供了基础。成果于近日在线发表于国际学术期刊Journal of Experimental Botany。刘公社研究组博士毕业生赵品苍和助理研究员李晓霞为论文共同第一作者,研究员刘公社和助理研究员程丽琴为通讯作者。该研究工作得到国家重点基础研究发展计划和国家自然科学基金的资助。(生物谷Bioon.com)

 

JAMA子刊:BRCA基因检测应该面向所有女性

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JAMA子刊:BRCA基因检测应该面向所有女性

 

 

研究结果以“Eight of 10 people with cancer risk genes don’t know it”为题发表在9月21日的《JAMA Network Open》上。

通常携带有BRCA1/2突变的女性可以通过手术干预,尤其是预防性输卵管-卵巢切除术等方法来降低乳腺癌和卵巢癌的发病风险和死亡风险。在缺乏常规筛查的情况下,大多数人只有在被诊断患有癌症时,才会发现自己的BRCA1或BRCA2基因中带有与癌症相关的突变基因。

为何临床诊断会不足?研究发现可能与以下两方面有关:一是未能将基于标准的BRCA1/2检测策略转诊应用于具有较高前测概率的个体;二是这种基于标准的策略未能足够敏感地识别所有真阳性。

研究作者、耶鲁大学医学院遗传学教授Michael Murray说道,“人们通常要经历一场悲剧才会接受检测,当人们还处于健康状态时,依赖记录在案的个人或家庭病史并不足以支持他们进行基因检测。而等到演变为癌症才去检测,早已错过良机。希望有一天,我们可以通过对每个人进行有效的基因筛选来改变这种状况。”

具体来说,这项研究纳入了50726名研究对象,平均年龄为60岁。在接受全外显子组测序筛查的人群中,有267人(148例为女性,119例为男性)存在BRCA风险变异,但只有18%的人在得知该研究结果之前就知道自己具有这种癌症风险因子。

在存活的BRCA阳性患者组中,16.8%的人患有BRCA相关的癌症。在研究得出结论之前死亡的一小部分BRCA阳性患者中,有47.8%患有BRCA相关癌症。

本研究发现,与以往的临床护理相比,基于外显子组测序的筛查发现P/LP BRCA1/2变异个体的数量是以往的5倍。这些发现表明,基因组筛查可能识别与BRCA1/2相关的癌症风险,而这些风险可能在卫生保健系统中仍未被发现,为降低患者的发病率和死亡率进一步提供了机会。

Murray表示,所有存活的BRCA1/2携带者和死亡的BRCA1/2携带者在相关癌症史上所观察到的差异,标志着我们有机会前瞻性地识别和管理风险较高的个体,以降低与其相关的癌症发病率和死亡率风险。(生物谷Bioon.com)

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J Neurophy:介导神经元连接以及信息传递的关键基因

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2018年12月2日 讯 /基因宝jiyinbao.com/ –我们的认知能力取决于我们的脑细胞之间的连接或突触传递信号的程度。麻省理工学院Picower学习与记忆研究所的研究人员进行的一项新研究深入研究了能够突触传递的分子机制,以显示突变时与导致智力残疾有关的蛋白质的独特作用。
J Neurophy:介导神经元连接以及信息传递的关键基因
(图片来源:CC0 Public Domain)
一种称为SAP102的关键蛋白质PSD-MAGUK的蛋白质家族的四个成员之一,其调节突触接收端上称为AMPAR的关键受体的转运和定位。但是,每个家庭成员的工作方式,例如大脑在发育到成熟过程中的进展,都不是很清楚。 “神经生理学杂志”的新研究表明,SAP102和PSD-95等其他家庭成员以不同的方式工作,这一特征的演变可能有助于提高哺乳动物和其他脊椎动物的认知能力。
“我们的研究结果显示,PSD-95和SAP102调节突触AMPAR功能的方式不同,”包括资深作者,脑部和认知科学部助理教授Weifeng Xu以及主要作者Mingna Liu写道。
具体而言,科学家发现这些蛋白质明显影响突触细胞或神经元中电流失去强度的速度。他们写道:“这是我们第一次证明PSD-95和SAP102对突触AMPAR电流的衰变动力学有不同的影响。”
在对大鼠一个叫做海马体的大脑区域进行的关键实验中,研究人员表明,虽然敲除PSD-95导致AMPAR电流频率和振幅减小,但他们可以通过用不同的方法替换PSD-95来恢复它们。与具有正常PSD-95的对照神经元或其中PSD-95被PSD-95alpha替代的细胞相比,其中PSD-95被SAP102替代的细胞具有不同的AMPAR电流“动力学”,意味着电流需要更长的时间来衰变。 SAP102所产生的时间差异可能会对突触如何影响认知产生重要影响。
“这些数据显示,PSD-95alpha和SAP102对突触AMPAR电流的衰减时间有明显影响,这可能导致神经元信息处理的差异突触整合,”
 
在另一组实验中,该团队表明SAP102独特地依赖于另一种称为CNIH-2的蛋白质。“这些数据显示,SAP102而不是PSD-95alpha对突触AMPAR电流的影响取决于CNIH-2,这表明SAP102和PSD-95alpha调节不同的AMPAR复合物,”
所有的研究结果表明,AMPAR调节的多样性导致突触当前时间的认知相应的差异。“很可能AMPAR复杂多样性有助于突触事件的时间分布,这对于不同细胞类型和突触的信息编码和整合非常重要。”(生物谷Bioon.com)

资讯出处:Protein has unique effects in neural connections related to information processing

原始出处:Mingna Liu et al, SAP102 regulates synaptic AMPAR function through a CNIH-2-dependent mechanism, Journal of Neurophysiology (2018). DOI: 10.1152/jn.00731.2017 

Neuron:新研究揭示线虫的基因表达完整图谱

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2018年12月12日 讯 /基因宝jiyinbao.com/ –你的大脑是如何“建造”出来的?神经元定位以及功能的实现需要遵循怎样的“规则”呢,它们如何相互连接以及它们执行哪些功能?
“创建这个极其复杂的大脑神经网络是需要基因编码完成的。”Cell Miller教授,David Miller博士说: “如果你真的想了解如何大脑是如何建造出来的,那么你需要了解首先了解其遗传学机制。”
Miller和他在范德堡大学的团队正在与耶鲁大学和哥伦比亚大学的研究人员合作,视图绘制线虫的整个神经系统的基因表达图谱。
Neuron:新研究揭示线虫的基因表达完整图谱
(图片来源:Anne Rayner)
他们相信,线虫基因表达的完整地图将有助于解决神经科学中关于基因表达程序如何建立不同神经元集的广泛问题,以及遗传差异如何在健康和疾病条件下促成神经元功能。
“当然,线虫并不是人,”Miller说。但他同时指出,蠕虫中超过一半的基因在人体中是保守的,并且神经元的细胞机制非常高度保守。我们必须从实验上易于处理的系统开始。线虫则是绝佳的选择。”
C. elegans蠕虫长期以来一直是生物医学研究的宠儿。发育生物学家已经将每个细胞分裂从卵子到成体有机体进行了表征。他们知道有多少神经元(302),它们在哪里,以及每个神经元如何连接。因此,他们可以通过基因操作蠕虫来研究基因功能。
为了构建蠕虫神经元基因表达图谱,作者们在流式细胞仪用荧光激活细胞分选来分离每种类型的数千个神经元。此外,作者利用其他研究人员基因工程的许多蠕虫菌株来表达某些荧光标记。通过交叉繁殖各种菌株,哥伦比亚大学的研究人员将能够在米勒实验室中对118种不同类别的蠕虫神经元中的每一种进行独特标记。耶鲁大学的同事随后对每类神经元的RNA进行测序。基因表达数据将在生成时发布。
研究人员还使用新的强大的“单细胞”测序方法来获得个体神经元的RNA谱。
相关结果发表在最近的《Neuron》杂志上。(生物谷Bioon.com)

资讯出处:Team seeks to create genetic map of worm’s nervous system

原始出处:Marc Hammarlund et al. The CeNGEN Project: The Complete Gene Expression Map of an Entire Nervous System, Neuron (2018). DOI: 10.1016/j.neuron.2018.07.042 

Mol Cell:科学家破解出新型CRISPR代码 有望更加精准地进行人类基因组编辑

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2019年1月3日 讯 /生物谷BIOON/ –近日,一项刊登在国际杂志Molecular Cell上的研究报告中,来自Francis Crick研究所的科学家们通过研究发现了一组简单的规则或能决定人类细胞中CRISPR/Cas9基因编辑的精准性,相关研究结果或能帮助科学家们改善实验室和临床中基因编辑技术的效率和安全性。尽管如今科学界已经广泛使用CRISPR系统了,但该技术的合理应用常常因为基因编辑结果的不可预测而受到重重障碍,基因编辑常常会带来靶向位点DNA区域的随机剔除或插入。

Mol Cell:科学家破解出新型CRISPR代码 有望更加精准地进行人类基因组编辑

图片来源:Nigel Hawtin for the Francis Crick Institute

在CRISPR技术被安全应用到临床之前,科学家们就需要通过研究来确保该技术能够准确修饰靶向位点的DNA;研究者Paola Scaffidi说道,截止到目前为止,利用CRISPR技术进行基因编辑给科学界带来了很多猜测、挫折甚至错误,CRISPR技术的效应被认为是无法预测且随机的,但通过分析数以百计的基因编辑,研究人员惊讶地发现,在这一切的背后似乎有着简单可预测的模式,这或许能从根本上改变研究人员使用CRISPR的方式,帮助研究者以更高的准确率和效率来研究基因的功能。

通过检测并分析CRISPR基因编辑技术对人类细胞450个基因的1491个靶向作用位点的作用效应,研究人员发现,基于简单的规则就能够有效预测基因编辑所带来的后果,这些规则主要依赖于导向RNA—Cas9所识别的特定基因组区域中的遗传元件。这项研究中,研究者发现,特定基因编辑的结果常常取决于RNA导向的第四个“字母元件”,其更靠近切割位点。如果遗传元件是A或T,那么这将会是一个非常精准的基因插入,如果是C的话就会导致相对精准的剔除,而G的话则会造成多种不精准的剔除作用。因此,在基因编辑过程中,简单地避免含有碱基G的位点或许能够更加准确地预测基因编辑所产生的效果。

研究者Anob Chakrabarti指出,我们通过分析发现,决定CRISPR人类基因组编辑结果的规则实际上非常简单,在设计导向RNA时要记住这些规则,这样我们就能最大化的获得特定基因编辑的理想效果,这在临床中尤为重要。同时研究者还阐明了开启或关闭靶向DNA如何影响基因编辑的效果,而加入促进DNA打开的化合物就能够促进Cas9搜寻基因组,从而提高编辑效率。研究者表示,不管来源的组织如何(其会影响特定基因DNA开启的程度),靶向作用关键位置中含有碱基A或T的区域能够表现出常见的编辑效果,也就是说,如果我们能够仔细选择靶向DNA的话,我们就能够在不同组织中观察到相同的效应。

最后研究者Josep Monserrat博士说道,此前我们并未意识到DNA打开对于决定CRISPR基因编辑效率的重要性,当以特定的方式编辑一个基因时我们或许需要考虑另外一个因素,我们非常高兴能在精准的靶向区域观察到不同的细胞类型或许共享着相同的编辑方式,研究者还希望本文研究结果能够推动后期更多跨学科的研究。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Anob M.Chakrabarti,Tristan Henser-Brownhill,Josep Monserrat, et al. Target-Specific Precision of CRISPR-Mediated Genome Editing, Molecular Cell (2018). DOI: 10.1016/j.molcel.2018.11.031

Cell:给Cas9一个开启开关,从而更好地控制CRISPR基因编辑

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2019年1月14日/生物谷BIOON/—在一项新的研究中,来自美国加州大学伯克利分校的研究人员利用一种称为循环排列(circular permutation)的技术,构建出一套称为Cas9-CP的新型Cas9变体,这将简化Cas9融合蛋白的设计,使得它们能够用于除了简单的DNA切割之外的多种应用,比如碱基编辑和表观遗传修饰。相关研究结果发表在2019年1月10日的Cell期刊上,论文标题为“CRISPR-Cas9 Circular Permutants as Programmable Scaffolds for Genome Modification”。

Cell:给Cas9一个开启开关,从而更好地控制CRISPR基因编辑
图片来自Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2018.11.052。

通过这个相同的过程,这些研究人员将“永远开启(always-on)”的Cas9分子转变为可激活的开关。这些开关保持在“关闭”位置,直到它们被蛋白酶激活。由此产生的蛋白酶感应的Cas9(protease-sensing Cas9, ProCas9)能够减少脱靶效应并实现分子感应,以及组织或器官特异性的基因组编辑。他们证实ProCas9可用于检测病毒蛋白酶,从而潜在地用作一种能够引发免疫反应的病原体感应系统。

论文通讯作者、加州大学伯克利分校生物化学家David Savage说,“我们并没有坚持使用大自然给我们提供的基因组编辑蛋白。这些蛋白能够经精心优化后变成适合在人细胞中使用的支架。”

诸如Cas9之类的CRISPR-Cas蛋白保护细菌免受病毒入侵。这种细菌防御系统已被改用于基因组编辑应用,比如让各种细胞类型和有机体中的基因失活。Cas9已进化为一种细菌防御系统,但是它不一定具有在哺乳动物细胞中进行基因组编辑所需的特性,比如基因组靶向时的极高准确度和精确度,或对这种酶在空间和时间上的活性进行控制的能力。

尽管构建出的Cas9融合蛋白有效地编辑DNA中的碱基,或者通过表观遗传修饰激活或抑制转录,但是每个新应用都需要深入的工程学方法并进行费时费力的优化。另一个主要障碍在于Cas9始终处于“开启”状态。缺乏对这种蛋白的活性的控制使得难以靶向特定细胞或组织,从而能够导致不想要的基因组编辑和更大的脱靶基因组损伤,并且阻止使用Cas9作为细胞事件的分子记录器。

为了克服这些障碍,Savage和他的团队使用循环排列来重新设计Cas9的分子序列,因而更好地控制它的活性并为融合蛋白构建更优化的DNA结合支架。这种Cas9重新连接方法涉及将这种蛋白的末端(即它的氨基端和羧基端)与肽接头(peptide linker)连接,同时在不同的位置上分割它的序列,从而产生新的相邻的氨基端和羧基端。

这些研究人员发现Cas9对循环排列具有很强的延展性。这种蛋白的多个区域具有热点,这些热点可在多个位置上打开,从而产生多样性的Cas9-CP,所产生的Cas9-CP可用作高级融合蛋白的支架。目前,Cas9的氨基端和羧基端是固定的,并且它们并不适合放置用于结合DNA的融合蛋白。相比之下,这些新的蛋白支架的末端更靠近这种蛋白的DNA相互作用界面,并且经优化后可高效地构建融合蛋白。

这些研究人员接下来通过设计肽接头来产生ProCas9,并且这种肽接头足够短以便将这种蛋白限制在没有活性的状态,随后引入可利用匹配的病毒蛋白酶加以切割的序列。此后,这些ProCas9经调整后可作为利他的能够检测病原体并对它们作出反应的防御系统。当通过切割这种肽接头激活这些ProCas9时,它们产生大量的DNA损伤并杀死受感染的细胞。

论文共同第一作者、加州大学伯克利分校的Christof Fellmann说,“我能够畅想一下各种生物医学应用,在这些应用中,Cas9-CP和ProCas9将允许我们更好地了解疾病过程,并且能够让CRISPR-Cas基因组编辑和修饰的转化应用更加安全。”

在未来的研究中,这些研究人员将致力于开发Cas9融合蛋白,用于碱基编辑和表观遗传修饰。此外,他们计划测试ProCas9是否可用于构建完整的合成免疫系统。人们也可能开发对内源性蛋白酶敏感的ProCas9用于靶向特定细胞,比如对癌细胞的基因组进行编辑。Savage说,“我们的ProCas9系统在任何适合于控制Cas9的情况下都是有用的。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:


Oakes and Fellmann et al. CRISPR-Cas9 Circular Permutants as Programmable Scaffolds for Genome Modification. Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2018.11.052.

罕见病基因疗法!Regenxbio公司RGX-181获美国FDA授予治疗CLN2的罕见儿科疾病资格

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罕见病基因疗法!Regenxbio公司RGX-181获美国FDA授予治疗CLN2的罕见儿科疾病资格
2019年01月31日讯 /生物谷BIOON/ –Regenxbio是一家处于临床阶段的生物技术公司,旨在通过开发治愈性基因疗法,改善患者健康。其核心技术是NAV技术平台,包含了超过100种腺相关病毒(AAV)载体,可以用于基因疗法的递送。
近日,该公司宣布,美国食品和药物管理局(FDA)已授予RGX-181罕见儿科疾病资格。RGX-181是一种一次性的基因疗法,开发用于晚发婴儿型神经元蜡样脂褐质沉积症2型(CLN2)的治疗,CLN2又被称为三肽基肽酶-1(TPP1)缺乏症,由TTP1基因突变引起,是Batten病(Batten disease)最常见的一种类型。除了罕见儿科疾病资格之外,FDA之前还授予了RGX-101孤儿药资格。
FDA的罕见儿科疾病资格针对的是主要影响18岁及以下且影响人群不足20万的严重、危及生命的疾病。该项目旨在鼓励开发用于预防和治疗罕见儿科疾病的新药和生物制剂。如果RGX-181的生物制品许可申请(BLA)获得批准,Regenxbio将有资格获得优先审评券(PRV),该券可以兑换以获得任何后续新药申请的优先审查,并且可以出售或转让。
Regenxbio公司总裁兼首席执行官Kenneth T.Mills表示,“目前迫切需要针对CLN2疾病的治疗方案,这是一种严重且危及生命的疾病。我们相信,一次性使用RGX-181治疗具有纠正遗传病因的潜力,有望阻止这种毁灭性疾病的发展。我们期待着在2019年下半年向FDA提交一份关于人体临床试验的研究性新药申请(IND)。”
RGX-181旨在利用Regenxbio公司的NAV AAV9载体将TTP1基因直接传递至中枢神经系统(CNS),通过单次注射诱导持续水平的TPP1表达,这是一种酶,在CLN2儿童患者中缺乏。在CLN2疾病动物模型中,RGX-181治疗已被证明能将TTP1活性恢复到比未受影响动物更高的水平,并改善神经行为功能和生存率。动物研究中观察到的CNS矫正程度表明,RGX-181有可能为CLN2患者提供一个重要的、一次性治愈的基因治疗选择。(生物谷Bioon.com)

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