基因组编辑的突破:胜过CRISPR/Cas9

传统基因组编辑方法导致的脱靶突变。由于DNA双链断裂修复的致突变性，即使基因突变被成功纠正，在与CRISPR/Cas9的原始靶标不同的区域发生脱靶突变的风险也会增加。

由大阪大学领导的研究人员开发了一种新的基因修饰技术，称为NICER，可以显着减少基因的脱靶突变DNA

基因编辑技术CRISPR/Cas9使研究人员能够对生物体的DNA进行精确而有效的改变，以修复导致遗传疾病的突变。然而，CRISPR/Cas9方法也可能导致意想不到的DNA突变，这可能会产生负面影响。最近，日本的研究人员开发了一种新的基因编辑技术，它与CRISPR/Cas9一样有效，同时显著减少了这些意想不到的突变。

了解更好的方法

在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上发表的一项新研究中，大阪大学(Osaka University)领导的研究人员介绍了一种名为NICER的新技术，该技术基于一种名为nickase的酶在单个DNA链上产生多个小切口。

传统的CRISPR/Cas9编辑使用被称为引导RNA的小块遗传密码和一种被称为Cas9的酶。引导RNA靶向DNA的特定部分，Cas9酶在该位置启动双链DNA结构的断裂。这种双链断裂是启动DNA变化的关键。然而，双链断裂的细胞修复可能导致意想不到的DNA突变，以及外源DNA与人类基因组的整合，这引发了对CRISPR/Cas9技术临床应用的安全性担忧。

为了尽量减少这些意外突变，大阪大学领导的研究小组研究了Cas9切口酶的使用，Cas9切口酶在DNA中产生单链断裂或“缺口”，通常在不引起突变的情况下进行修复。在突变位点附近形成一个缺口(并且是突变等位基因所独有的)。仅仅在靠近突变的地方引入一个缺口，就会在同源染色体之间引发同源重组，但速度非常低。然而，当两个等位基因都有一个或两个额外的缺口时，通过同源间同源重组的基因校正效率显著提高。

更好的优势和应用

“基因组中的每条染色体都有一个‘同源’副本，”该研究的主要作者Akiko Tomita说。“使用NICER技术，杂合突变——突变出现在一条染色体上，而不是其同源副本上——使用未突变的同源染色体作为模板进行修复。”

在最初的实验中，研究小组使用了TK1基因中已知杂合突变的人类淋巴母细胞。当用nickase处理这些细胞以诱导TK1区域的单次切割时，TK1活性以低速率恢复。然而，当切口酶在两个同源染色体上的该区域诱导多个缺口时，通过激活细胞修复机制，基因校正效率提高了约17倍。

“进一步的基因组分析表明，NICER技术很少引起脱靶突变，”资深作者Shinichiro Nakada说。“我们也很高兴地发现，NICER能够恢复涉及复合杂合突变的遗传疾病的细胞中致病基因的表达。”

由于NICER方法不涉及DNA双链断裂或使用外源DNA，因此该技术似乎是传统CRISPR/Cas9方法的安全替代方案。NICER可能代表了一种治疗由杂合突变引起的遗传疾病的新方法。

参考文献：Inducing multiple nicks promotes interhomolog homologous recombination to correct heterozygous mutations in somatic cells by Akiko Tomita, Hiroyuki Sasanuma, Tomoo Owa, Yuka Nakazawa, Mayuko Shimada, Takahiro Fukuoka, Tomoo Ogi and Shinichiro Nakada, 15 September 2023, Nature Communications