CRiSPR和dup15q綜合徵
-通過 暴風雨張伯倫博士
Dup15q聯盟專業顧問委員會成員
康涅狄格大學健康中心，康涅狄格州法明頓，遺傳學和基因組科學副教授
遺傳與發育生物學研究生課程副主任
已更新：3/10/2020
CRISPR是實驗室的絕佳工具，但將其用作Dup15q的治療劑可能還很遙遠，並不理想。 儘管CRISPR切割非常有效，但即使在實驗室中，使用CRISPR刪除重複的染色體或染色體片段也非常低效。 我們從一百萬個細胞開始，有時只是刪除獨特的染色體。 我們從未刪除間質染色體。 一個人需要這種低效的過程才能在大腦中的許多單個神經元中正常工作而不會出現任何錯誤。 我是否提到效率低下？
我們不能一次刪除/更改一個基因嗎？ 是的，除了我們仍然不知道會是哪個基因，而且可能不止一個。 我們也無法控制它會擊中一個基因的3-4個拷貝中的多少個。 即使要改變一個基因，CRISPR也會在神經元中存在很長時間，可以有效地切割不應切割的DNA。 這些切口的維修過程中充滿了錯誤，可能導致危險的情況，例如突變和癌症。 有比DNA切割CRISPR更好的方法來減少基因產生，例如ASO，siRNA，miRNA，表觀遺傳調控等。 這些可能比CRISPR更安全，更有效，更快速地開發為治療劑。
也就是說，還有其他CRISPR方法可能更可能被開發為Dup15q的療法。 這些使用不切割DNA的“死” CRISPR。 取而代之的是，這種死亡的CRISPR可用於將調節子引入特定基因，從而降低其產量。 還有一些CRISPR可以切割RNA而不是DNA，並且可以減少特定基因的產量。 我們在2018年的科學研討會上聽說了這些。RNA切割CRISPR也有一些風險，但不像DNA切割CRISPR那樣多。
在有關使用CRISPR直接注入眼睛的最新出版物的背景下，（https://www.nature.com/articles/d41586-020-00655-8）研究人員在新聞稿中表示，“他說，基因編輯工具一直在眼睛中，不會傳播到身體的其他部位，因此“如果出了問題，受到傷害的可能性很小。” “這為在體內進行基因編輯邁出了良好的第一步。”
他們之所以可以在眼睛中這樣做是因為，如果發生任何不良/危險（即導致癌症的額外突變），他們可以移開眼睛。 眼睛也具有免疫特權-這意味著眼睛中幾乎沒有免疫反應。 在人體的其他地方，免疫系統將對CRISPR蛋白起反應，這是CRISPR在人體中用於治療之前要克服的另一個巨大障礙。 血細胞很容易被CRISPR修飾，因為它們可以被去除，通過短暫暴露CRISPR進行編輯，然後確認其具有預期的編輯作用並且沒有危險的突變。 然後可以將正確改變的細胞進行擴增，以產生更多的細胞，並將其替換為人類。 這稱為離體編輯，不能用於神經元。 腦細胞無法從體內取出，擴展和更換。
最後，最近，一位科學家宣傳了她的工作，即使用納米顆粒將CRISPRs傳遞給患有脆性X綜合徵的小鼠的大腦（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6544395/）。 他們使用CRISPR突變了編碼mGluR5的基因，該基因已被證明可在該疾病的小鼠模型中幫助治療脆性X綜合徵。 儘管他們表明他們可以使用CRISPR突變大腦中的單個基因，但他們還是使用了骯髒/危險的切割方法，然後進行了容易出錯的修復過程。 他們沒有觀察到其他突變，也沒有追踪小鼠的長期後果。
重要的是，它們並沒有改變導致脆性X的遺傳問題，而只是改變了可能產生其他意想不到的後果的下游目標。 使用傳統的小分子藥物也可以有效抑制該靶標mGluR5，並且正在進行臨床試驗以在人體中測試這些藥物。 使用永久和危險的CRISPR來完成一個無法治癒的簡單目標似乎並不明智-就像使用大錘進行精細的腦部手術一樣。 當然，患者可能沒有以前的大腦問題，但現在可能還有許多其他問題，您甚至沒有解決主要問題。
Dup15q聯盟致力於支持對現有基因治療技術的評估，並推動新技術的發展。 我們為此感到無比自豪，這是我們最近獲得的CZI贈款的主要目的，該贈款專注於dup15q等複雜拷貝數變異體，其中許多基因受到影響。
1/30/2018
CRISPR是一項令人興奮的技術，已經徹底改變了實驗室科學，並可能在未來改變醫學。 基於CRISPR的方法可以分為兩個主要主題：基因組編輯，它改變細胞基因組中的實際DNA鹼基對，基因表達的改變，改變基因或蛋白質的產生量，但不改變DNA本身的序列。
在實驗室中，我們正在使用CRISPR的基因組編輯版本來突變單個基因，刪除15q11-q13區的整個副本，或擺脫Dup15q誘導的多能幹細胞系中的等中心染色體。 這些是很棒的實驗室工具，但該技術效率或安全性尚不足以用作治療方法。
我們也正在使用CRISPR的其他版本來特異性激活或抑制基因。 在此版本中，通常切割DNA的Cas9蛋白被更改為無法切割DNA。 但是，該蛋白仍可以靶向基因組中的特定位置。 群體將不同的蛋白質連接到該蛋白上，以激活沉默或沉默基因或抑制高表達（大聲）基因。 我們一直在開發這種方法來在我們誘導的多能幹細胞系中升高或降低UBE3A。 我們尚未將其應用於Dup15q單元，但如果效果良好，我們將來會希望這樣做。
使用CRISPR的治療方法仍然是未來的出路。 雖然有些小組將其用於治療，但到目前為止，僅限於血細胞，他們可以取出細胞，在皿中使用CRISPR，然後將細胞返回給患者。 對於涉及中樞神經系統的疾病，這實際上是不可行的。 對於治療方法，必須使用病毒（例如AAV）來遞送CRISPR組件。 實驗室正在研究這一點，但是對於目前的方法而言，CRISPR機制太大了。 人們還擔心脫靶效應——CRISPR可以在原本不應該的地方編輯DNA——這會增加患癌症和其他問題的風險。 最後，有些人擔心會意外地編輯種系（例如卵和精子），這可能會對子孫後代造成意想不到的改變。 這是CRISPR療法面臨的主要倫理困境。
儘管如此，將繼續使用兩種類型的CRISPR方法開發治療藥物。 與其他有前途的治療方法相比，它們的開發和審核時間可能更長。 例如，反義寡核苷酸（ASO）和短髮夾RNA（shRNA）目前都可以用於靶向和可逆方式改變基因表達。 這兩種類型的方法已經在臨床上用於其他疾病。 如果我們知道要關注的基因，這些可能是Dup15q綜合徵更有希望的方法。