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《自然》:利用CRISPR-Cas9基因疗法治疗快乐木偶综合征

时间:2020-10-30  作者:医药小编  来源:

出生时携带缺陷的母亲UBE3A基因的婴儿会患上一种名为“快乐木偶综合征”(Angelman syndrome)的罕见病--其是一种目前无法治愈且治疗非常有限的严重神经发育障碍。

近日,一项刊登在国际杂志Nature上题为“Cas9 gene therapy for Angelman syndrome traps Ube3a-ATS long non-coding RNA”的研究报告中,来自北卡罗来纳大学等机构的科学家们通过研究表示,利用基因编辑和基因疗法等技术或有望恢复人类神经元培养物中UBE3A基因的功能,并能有效治疗Angelman综合征模型的缺陷。相关研究结果或为后期科学家们治疗Angelman综合征提供了重要基础,同时也为治疗其它单基因障碍开辟了道路。

本文研究中,揭示了如何利用CRISPR-Cas9基因疗法来治疗与Angelman综合征相关的多种疾病症状。Angelman综合征是由编码泛素蛋白连接酶E3A(UBE3A)的母源性基因拷贝的突变或剔除所引起的,父源性的UBE3A基因拷贝通常在后代机体神经元中处于沉默状态,因此母源性的UBE3A基因拷贝的缺失会导致大脑中大部分区域失去UBE3A酶类的功能。

这一点非常关键,因为该酶能靶向作用蛋白进行降解,而靶向作用蛋白降解的过程对于维持大脑细胞的正常功能至关重要。当该过程出错时就会诱发Angelman综合征,这是一种脑部疾病,其症状包括严重的智力和发育障碍、癫痫发作、以及患者会出现语言、平衡、运动和睡眠等多种问题。


图片来源:Zylka Lab (UNC Neuroscience Center)

开启父源性UBE3A基因的表达或许是一种非常有吸引力的治疗策略,因为其能逆转疾病背后的潜在分子缺陷,然而父源性的基因会被一条长链RNA所沉默,这条长链RNA会通过UBE3A基因的反义方向产生,并阻断父源性UBE3A基因编码酶类的产生。随后研究人员设计了一种方法,利用CRISPR-Cas9技术通过干扰反义RNA的功能,从而将UBE3A酶类的功能恢复到正常水平。

在这项研究中,研究人员描述了如何利用腺相关病毒(AAV)基因疗法将Cas9蛋白运输到Angelman综合征胚胎小鼠模型的大脑中,因为UBE3A基因对于正常大脑的发育非常重要,因此早期的治疗就显得尤为重要了。

研究人员发现,胚胎和产后的早期治疗能够挽救机体和行为表型,而这些表型模拟了Angelman综合征患者机体中所出现的核心缺陷。值得注意的是,给新生儿一次性注射AAV就能够使其机体中父源性的UBE3A基因持续表达17个月,研究数据表明这种效应或许是永久性的。此外研究者还证明,这种方法在培养的人类神经元中被证实是有效的。研究人员对研究结果表示非常震惊,因为此前关于Angelman综合征的其它治疗手段并没有持续这么久,也不可能治疗这么多疾病症状。

研究者Wolter表示,早期治疗的结果是非常有希望的,由于目前我们只了解到在小鼠中能减轻Angelman综合征,而后期研究人员还将继续完善疗法开发出适合在人类机体中进行治疗的手段。在将这项研究转化到临床应用的同时,研究人员还通力合作来确定携带诱发Angelman综合征的突变的婴儿所出现的疾病症状。目前研究人员正在利用成像和行为观察手段来识别Angelman综合征患儿相关的疾病表现,这些行为存在喂养困难和肌肉张力的表现,但迄今为止研究人员并未对这些症状与其它早期症状进行严格描述过。

研究人员想利用遗传检测手段来识别存在Angelman综合征风险的新生儿,从而在产前或新生儿刚出生后进行治疗,并将这些早期症状作为终点。研究者认为,产前的治疗或能有效防止Angelman综合征在新生儿机体中的全面发生。

此外,研究人员还发现,基因疗法载体能通过整合到被CRISPR-Cas9所切割的基因组位点中来阻断反义RNA的功能,这种所谓的“基因陷阱”或许能用来干扰其它长链非编码RNAs和基因的表达。

最后研究者Zylka补充道,我们有信心将这项研究工作继续向前推进,并希望未来有一天能帮助治疗Angelman综合征患者。

参考资料:

【1】Wolter, J.M., Mao, H., Fragola, G. et al. Cas9 gene therapy for Angelman syndrome traps Ube3a-ATS long non-coding RNA. Nature (2020). doi:10.1038/s41586-020-2835-2

【2】Scientists take major step toward Angelman Syndrome gene therapy

by University of North Carolina Health Care

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