科研进展 | 西湖大学常兴团队利用碱基编辑,在小鼠模型中治愈杜氏肌营养不良症

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杜氏肌营养不良症Duchenne Muscular Dystrophy (DMD) 是一种单基因遗传性疾病,患者在童年时期骨骼肌功能开始弱化,10岁左右失去行走能力,最终会因为心肺功能的严重损伤而在20-30岁左右去世。其发病原因在于DMD基因突变,造成肌营养不良蛋白Dystrophin表达缺失,引发骨骼肌和心肌的严重缺陷。

作为最常见的致死性遗传病之一,估计每3500-5000个新生男性中会出现一位DMD患者。尽管在过去30年中,学术界积累了大量针对DMD的基础和临床研究成果,然而目前尚未开发出高效、精准的治疗手段,病人的生命预期以及生活质量并没有得到显著的改善。

近年来,基因编辑技术的迅速发展,为DMD等单基因遗传疾病的治疗带来了新的希望。人类遗传学和分子生物学研究证明,通过诱导外显子跳读,恢复DMD基因的读码框,从而产生部分缺失并同时保留生物学功能的Dystrophin蛋白是治疗DMD这一疾病的有效策略。

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2021年10月26日,常兴课题组在心血管领域国际学术期刊Circulation杂志在线发表了题为“Therapeutic Exon Skipping via a CRISPR-guided Cytidine Deaminase Rescues Dystrophic Cardiomyopathy In Vivo” 的研究论文,证明利用CRISPR-AID (TAM)碱基编辑器,可以在小鼠模型中高效诱导外显子跳读,恢复Dystrophin蛋白表达,治愈杜氏肌营养不良症。西湖大学PI常兴研究员为本文通讯作者,助理研究员李甲博士为本文第一作者。

论文链接:

https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCULATIONAHA.121.054628

此前,常兴课题组自主开发了CRISPR-AID (TAM)碱基编辑器 (Nature Methods-2016),并在此基础上创建了针对RNA剪接的遗传操作体系 (Molecular Cell-2018)。为了探索这一基因编辑系统对于DMD的治疗效果,研究团队首先鉴定了一种新的小鼠模型---DmdE4*。该小鼠的寿命缩短(约50%)、进行性心肌病、脊柱形态异常、肌肉功能衰退等症状,更好地模拟了DMD病人的心脏病理进程。

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图1 针对DmdE4*小鼠的基因治疗原理(A)和治疗方案(B)

针对这一模型,研究团队以携带致病突变的外显子为目标,利用Cas9-AID碱基编辑器,在目的外显子5’剪接位点诱导G>A突变,使其发生外显子跳读,恢复Dystrophin蛋白的表达,实现修复心肌和骨骼肌的功能(图1A)。随后设计AAV9载体,针对DmdE4*小鼠进行了基因治疗 (图1B)。在经过治疗的DmdE4*小鼠中,心肌及多个肌肉组织中均可以观察到致病外显子发生了跳读,并因此恢复了Dystrophin蛋白的表达(图2A),同时心肌损伤的表型也得到了修复,最终成功延长了DmdE4*小鼠的生存期(图2B)。

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图2  针对DmdE4*小鼠的基因治疗效果

A 经过治疗一年后小鼠心脏中Dystrophin(红色)和Sarcoglycan (绿色)蛋白表达恢复;B 经过治疗的小鼠(红色)生存期得到了明显的提高。

该研究初步证明了此基因编辑方案对于治疗DMD的有效性、安全性和持久性。相比较其他DMD的实验性治疗方案,利用CRISPR-AID碱基编辑器,直接诱导碱基置换,不引发DNA双链断裂,具有更精确和更安全的优点。因此该研究对于DMD这一疾病的药物开发以及病理研究均具有重要的科研意义。同时,常兴团队的研究成果已经完成了初步的成果转化,与国内新兴的基因治疗公司合作,致力于尽快攻克DMD等传统方法难以治愈的遗传性疾病。

课题组简介

常兴研究员曾担任科技部重点研发计划(青年科学家专题)首席科学家,荣获国家杰出青年科学基金等。课题组长期进行免疫学、分子生物学和基因编辑方面的研究(Immunity, 2018; Molecular Cell, 2018; Nature Methods, 2016; elife, 2016; ScienceSignaling 2017; JBC 2017&2019)。研究领域包括免疫学以及基因编辑工具的开发和应用。课题组成员曾获国家奖学金,科学院院长奖,地奥奖学金,赛诺菲博士后奖和博士后创新计划资助,并于毕业后在国内知名高校成为独立PI或加入著名药企从事研发工作。

原文链接 西湖大学生命科学学院科研进展 | 西湖大学常兴团队利用碱基编辑,在小鼠模型中治愈杜氏肌营养不良症

 

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