研究报告:新的CRISPR-Cas9递送方法改善DMD小鼠的肌肉功能

 

一项研究显示,研究人员改进了一种基因编辑技术,该技术可以更有效地纠正患有杜兴氏肌营养不良症(DMD)的人的DMD 基因突变,恢复肌营养不良蛋白的正常功能并改善肌肉功能。

这项研究,“ 小鼠杜氏肌营养不良症的增强CRISPR-Cas9修正通过自互补AAV输送系统,”被发表在科学杂志

 

研究报告:新的CRISPR-Cas9递送方法改善DMD小鼠的肌肉功能

已知DMD基因中的4,000多个突变会削弱肌营养不良蛋白的正常产生或功能。但是,目前没有疗法能够永久纠正这些突变。

因为单个基因是疾病的原因,所以DMD是基因治疗的理想靶标。基于CRISPR-Cas9基因编辑平台的一种特殊的基因治疗方法使研究人员可以精确地改变基因序列。

该技术包含两个主要组件。一种是一小段RNA,即一种DNA“表亲”,具有与靶DNA结合的短“引导”序列。另一个是Cas9酶,可识别特定的DNA序列并将其切割到目标位置。

CRISPR -Cas9系统的组件可以包装并使用无害腺相关病毒(AAV)安全地递送至细胞。将同时产生指导RNA和Cas9酶的序列插入病毒DNA,以便一旦在细胞内就可以产生它们。

当该系统直接应用于DMD的小鼠和犬类模型以及人类细胞中时,能够恢复肌营养不良蛋白的功能,但这些研究使用的病毒载体的DNA呈单链状,这种方法需要高剂量的病毒,而且可能产生不利影响。副作用,并且长期无效。

为了减少剂量,而又不影响基因编辑的长期效率,研究人员创建了一种AAV类型-称为自互补AAV(scAAV)-具有对降解具有更大抵抗力的双链DNA。

在这项研究中,研究小组比较了DMD小鼠模型中scAAV与传统单链AAV载体(ssAAV)的效率。

在用不同剂量的ssAAV或scAAV治疗小鼠超过4周后,研究人员测试了这两种系统恢复肌营养不良蛋白和肌肉组织功能的能力。

研究小组发现,即使以最低剂量(每公斤4×10 12个矢量基因组,vg / kg),scAAV也会在腿部(胫前肌)的40%和三头肌的32%的肌细胞中诱导肌营养不良蛋白的产生。 。在隔膜和心脏中,肌营养不良蛋白导致的肌肉细胞百分比达到95%。

相反,当小鼠接受相同剂量的ssAAV时,腿部和三头肌中少于5%的肌肉细胞含有肌营养不良蛋白。在横the膜中,52%的肌肉细胞含有肌营养不良蛋白,而在心脏中,61%的蛋白质具有蛋白质。

当剂量增加到1.6×10 13 vg / kg(中剂量)时,几乎所有肌肉细胞在用scAAV处理后都存在肌营养不良蛋白,但是在单链载体处理后,在肌肉中不到18%腿和三头肌,以及超过75%的diaphragm肌和心脏有肌营养不良蛋白。

在此剂量下,接受中等剂量scAAV载体的小鼠(心脏中超过70%)的细胞内蛋白质量至少恢复了50%,而接受最高剂量的小鼠中细胞内的蛋白质恢复率不到30% (8×10 13 vg / kg)的ssAAV。

scAAV输送系统在恢复肌肉完整性方面也更出色,用中剂量治疗后,少于5%的肌肉细胞显示出损伤迹象,而接受相同剂量ssAAV的小鼠中则超过70%。

同样,接受最高剂量scAAV的动物的三头肌和腿部肌肉与健康动物相似,而经ssAAV系统处理后,这些肌肉中仍有30%的细胞仍显示出损伤的迹象。

接受自我互补DNA系统的动物的肌肉功能也得到了更有效的恢复-最高剂量时从54%降至82%,而ssAAV系统则为66%。

研究人员写道:“低剂量的scAAV传递的CRISPR-Cas基因组编辑成分足以恢复肌营养不良蛋白的表达,减少DMD病理表型,并改善DMD小鼠模型的肌肉功能。”

他们说:“这种强大的scAAV递送系统与高效的CRISPR-Cas9基因组编辑技术相结合,代表了一种永久校正神经肌肉疾病中各种遗传突变的有前途的疗法。”

 

THE END
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