细胞能量工场病了难根治?细菌毒素助“基因铰剪”精准发力
细胞“能量工场”病了难根治? 细菌毒素助“基因铰剪”精准发力
线粒体DNA能编码13种卵白质,这些卵白质都参加到细胞的能量供给链中。而线粒体DNA突变可导致数十种至今无法治愈的代谢性疾病。开拓可以准确更正线粒体DNA的基因编辑东西,将为治疗这类疾病打开大门。
Leber遗传性视精神病、线粒体脑肌病、乳酸酸中毒及卒中样爆发综合征、神经性肌肉衰弱症,以及一些先个性心脏病……这些都是因线粒体基因突变引起的常见遗传疾病。今朝,全球无数患者正在受着煎熬,却没法得到有效治疗。
人类遗传物质除了大部门在细胞核内,尚有一小部门存在于线粒体中。此刻科学家们已经将基因编辑技能用于精准编辑细胞核内DNA,但如何对线粒体内DNA举办精准编辑,一直无法取得打破。
不久前,《自然》杂志颁发了美国哈佛大学刘如谦(David Liu)团队颁发的一项最新成就,不单可实现对线粒体基因组的精准编辑,并且险些没有脱靶效应,这为研究和治疗线粒体遗传病带来了前所未有的但愿。
从编辑基因序列到改变单个碱基
此次刘如谦团队的重大打破,在于解答了成簇纪律隔断短回文反复核酸酶(CRISPR)也没法办理的汗青遗留困难——对线粒体DNA的精准编辑。
线粒体是细胞举办有氧呼吸的主要场合,是细胞能量生成和通报的主要细胞器,被称为“能量工场”。除了为细胞提供能量外,线粒体还参加诸如细胞分化、细胞信息通报和细胞凋亡等进程,并拥有调控细胞发展和细胞周期的本领。
基因编辑是一种新兴的对特定方针基因举办修饰的基因工程技能,已经遍及应用于从动物和植物的基因改革到人类的基因治疗等生命科学诸多规模。
“早期的基因工程技能只能将遗传物质随机插入宿主基因组,基因编辑则能定点改革想要编辑的基因。”苏州博腾生物首席技能官孔令洁博士向科技日报记者先容,基因编辑依赖于颠末基因工程改革的核酸酶,雷同于外科大夫的手术刀。“今朝常用的基因编辑酶主要有锌指核酸酶、转录激活样效应因子核酸酶和成簇纪律隔断短回文反复核酸酶。这些核酸酶能定点改革特定的DNA,对基因举办敲除、插入或替换。”
除了核酸酶外,刘如谦尝试室发现的碱基编辑酶,可操作一种细菌毒素DddA,将胞嘧啶转化为尿嘧啶,实现对线粒体基因组的精准编辑,以变动基因组里的单个碱基。
对比于一段一段地变动基因序列的通例基因编辑,这种碱基编辑技能可以在基因组上造成单个碱基改变,把腺嘌呤(A)酿成鸟嘌呤(G),把胞嘧啶(C)酿成胸腺嘧啶(T)。“理论上碱基编辑可以改变基因组中的任何碱基,因此大大扩宽了基因编辑的范畴和机动性。”孔令洁表明说。
编辑线粒体DNA面对两浩劫点
“线粒体拥有自身的遗传物质和遗传体系,和细胞核DNA对比,线粒体只编码少数的基因,但这些基因对细胞成果至关重要。”孔令洁说,线粒体DNA在产生突变后,容易丧失制造三磷酸腺苷的本领,往往会对神经系统和肌肉系统造成损伤,激发母系遗传的特定疾病。线粒体肌病、多系统疾病、心肌病、举办性眼外肌麻木等疾病就是这样产生的。
今朝治疗一般是给以三磷酸腺苷、辅酶Q10和大量B族维生素等,但结果很不抱负,且不能根治。线粒体基因编辑技能大概成为根治这类疾病的有效要领。
尽量近几年基因编辑有了突飞猛进的成长,可是这些进步都是在细胞核DNA长举办的,线粒体DNA编辑一直面对难以办理的问题。对线粒体DNA的精准编辑是从来没人实现过的,此刻应用最遍及的CRISPR技能面临线粒体DNA也是束手无策——线粒体没有接收RNA的机制,所以让CRISPR技能发挥浸染的要害身分领导RNA(gRNA)基础无法进入线粒体。