《自然》证实：编辑人类早期胚胎DNA安全有效 剪切修复

邓文龙

中文来源：科技日报 张梦然

发布时间：2017/8/3 13:45:19

《自然》证实：编辑人类早期胚胎DNA安全有效

《自然》正式刊登论文证实——

编辑人类早期胚胎DNA安全有效

科技日报北京17-8月2日电 （记者张梦然）经再三斟酌，英国《自然》杂志终于决定2日将一篇论文公之于众：美国科学家利用CRISPR-Cas9基因编辑技术，修正了未被植入子宫前的人类胚胎中，一种与遗传性心脏疾病“肥厚型心肌病（HCM）”有关的基因变异。结果证实，编辑人类生殖细胞系（卵子、精子或早期胚胎）的DNA是安全有效的。

每500人中就有1人患有HCM，只要遗传一份MYBPC3基因中的变异版本，就能致病，可能造成心原性猝死和心力衰竭。当前对HCM的治疗方案只可缓解症状，但没有解决遗传问题。

现有阻止有害变异传给下一代的方法之一，是通过胚胎植入前的遗传诊断，挑选出没有有害变异的胚胎，然后在体外受精周期中进行胚胎移植。近年来的技术发展证明，精确基因组编辑技术（如CRISPR-Cas9）可能被用于修正人类胚胎中的致病变异，以此来增加可移植胚胎的数量。

为了评估在人类生殖细胞系中对遗传性疾病进行基因修正的安全性和有效性，美国俄勒冈健康与科学大学团队此次重点研究了导致肥厚型心肌病的MYBPC3变异。他们将来自健康捐赠者的卵母细胞和来自一名杂合携带MYBPC3基因变异的男性的精子（这名男性携带该基因的一个变异版本和一个正常版本）结合，培育出受精卵，然后利用CRISPR-Cas9在变异基因序列上剪出一个缺口，并观察人类胚胎如何修复这些DNA缺口。通过参照正常捐赠者的未变异版本，发现在多数情况下损伤很快被修复了，约三分之二的定向胚胎中，包含了MYBPC3基因的两个无变异版本。

在上一周，外媒已出现关于该研究的报道，但《自然》认为其多是在尚未公开论文情况下做出的猜测性讨论。而今公布的实验结果说明，这种治疗方法是有效的，且CRISPR-Cas9定向十分精确，实验中并未出现脱靶变异。

http://www.nature.com/nature/jou ... oxtrotcallback=true

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2017/8/384166.shtm



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邓文龙

软件译：

自然| 文章

人类胚胎中致病基因突变的修正

洪马，        Nuria Marti-Gutierrez，        桑威公园，        吴俊，        李仁米，        铃木铃一郎，        艾米·科斯基，        东美吉， Tomonari Hayama，        Riffat Ahmed，        海莉达比，        水晶Van Dyken，        英李，        Eunju Kang，        A.-Reum Park，        金大爷，        Sang-Tae Kim，        建会公，        英古，        徐旭，        大卫巴塔利亚，        Sacha A.Krieg，        李大卫，        黛安娜吴，        唐·沃尔夫        et al。
隶属关系捐款通讯作者
性质 （2017） DOI：10.1038 / nature23305
收到 2017年3月28日 公认 2017年6月27日 在线发布 2017年8月02日

抽象
摘要• 简介• 主题与杂MYBPC3 ΔGAGT删除 • 杂合子MYBPC3中的 HDR效率ΔGAGT受精卵 • 靶向配子消除镶嵌• 发展和修复的胚胎细胞遗传学• 脱靶后果修复人类胚胎• 讨论• 方法• 参考• 致谢• 作者信息• 扩展的数据图和表• 补充信息• 注释
基因组编辑有可能有针对性地修正种系突变。这里我们描述了通过激活内源性的种系特异性DNA修复反应来修正人类植入前胚胎中杂合的MYBPC3突变，其具有精确的基于CRISPR-Cas9的靶向准确度和高同源性的修复效率。突变型父系等位基因诱导的双链断裂（DSB）主要使用同源野生型母体基因而不是合成DNA模板进行修复。通过调节诱导DSB的细胞周期阶段，我们能够避免切割胚胎的嵌合，并实现携带野生型MYBPC3基因的纯合子的高产量，而没有脱靶突变的证据。所提出的方法的效率，准确性和安全性表明，它有可能用于校正人类胚胎中遗传突变，补充植入前遗传学诊断。然而，在临床应用之前还有许多待考虑的问题，包括其他杂合突变技术的重复性。

介绍
摘要• 简介• 主题与杂MYBPC3 ΔGAGT删除 • 杂合子MYBPC3中的 HDR效率ΔGAGT受精卵 • 靶向配子消除镶嵌• 发展和修复的胚胎细胞遗传学• 脱靶后果修复人类胚胎• 讨论• 方法• 参考• 致谢• 作者信息• 扩展的数据图和表• 补充信息• 注释
已经确定了超过10,000种单基因遗传性疾病，影响了全世界数百万人。其中包括常染色体显性突变，其中遗传一个缺陷基因的单拷贝可导致临床症状。显性突变显示为晚发性成人障碍的基因包括与乳腺癌和卵巢癌1高风险相关的BRCA1和BRCA2，以及引起肥大性心肌病（HCM）2的突变的MYBPC3。由于它们的延迟表现，这些突变逃避了自然选择，并且经常传播到下一代。因此，特定人群中某些创始人突变的频率非常高。例如，MYBPC3突变是在频率范围从2％至8％发现3在印度主要种群，以及两者的估计频率BRCA1和BRCA2德系犹太人中突变超过2％4。

HCM是以左心室肥大，肌原纤维紊乱和心肌僵硬为特征的心肌疾病; 在成人5中估计患病率为1：500，临床表现为心力衰竭。HCM是其他健康的年轻运动员猝死的常见原因。HCM虽然不是统一的致命条件，但对个人的生活，包括生理（心力衰竭和心律失常），心理（有限的活动和猝死的恐惧）以及家谱问题都有巨大的影响。MYBPC3突变占导致HCM的所有遗传缺陷的约40％，并且还造成大部分其他遗传性心肌病，包括扩张型心肌病和左心室非压迫6。MYBPC3编码长丝相关的心肌肌球蛋白结合蛋白C（cMyBP-C），心肌细胞中的信号节点，有助于维持肌节结构和调节收缩和松弛2。

HCM的当前治疗方案主要是症状缓解，而不解决疾病的遗传原因。因此，开发预防创始者突变的种系传播的新策略是可取的。预防第二代传播的一种方法是植入前遗传诊断（PGD），随后在体外受精（IVF）循环的背景下选择非突变胚胎进行转移。当只有一个亲本携带杂合突变时，50％的胚胎应该是无突变的并且可用于转移，而剩余的载体胚胎被丢弃。基因修正将拯救突变胚胎，增加可用于转移的胚胎数量，最终提高妊娠率。

精确的基因组编辑技术的最新发展及其在动物模型中的成功应用为纠正人种系突变提供了一个选择。特别地，CRISPR-Cas9是用于识别特定的基因组序列和诱导DNA双链断裂的多功能工具7，8，9，10。然后通过内源性DNA修复机制来解决DSB，优先使用非同源末端连接（NHEJ）途径。显然，NHEJ不适用于基因校正应用，因为它在DSB位点引入插入或缺失形式的额外突变，通常称为indel。然而，在一些情况下，靶细胞激活称为同源性修复（HDR）的备选DNA修复途径，其使用非突变同源染色体或所提供的外源DNA分子作为模板重建DSB位点，导致突变体的校正等位基因11，12。目前，CRISPR-Cas9主要用于引入突变和使用内在NHEJ产生基因敲除。因为HDR效率相对较低8，基因组编辑对基因治疗的应用受到限制。

在早期尝试中，引入的基因组编辑的构建体导入单细胞胚胎（合子），导致多细胞胚或镶嵌结果后代个体细胞13，14。此外，可能引入发育中的胚胎的脱靶突变仍然是不合需要的可能性。

我们试图调查响应CRISPR-Cas9诱导的DSB激活的人配子和胚胎DNA修复机制。为了证明在人配子或早期胚胎中可以纠正杂合基因突变的原理证明，我们着重于已经涉及HCM 的MYBPC3突变。虽然没有PGD替代的纯合突变对于基因校正将是最有希望的，但为了研究目的产生纯合的人类胚胎实际上是不可能的。 由于临床症状的严重程度和疾病的早期发病，成人中的纯合MYBPC3突变是非常罕见的。因此，我们专门针对由杂合载体精子引入的人类受精卵中的MYBPC3基因中的杂合四碱基对（bp）缺失，而从健康供体获得的卵母细胞提供野生型等位基因。通过准确分析单细胞水平的切割胚胎，我们显示出预选的CRISPR-Cas9构建体的高靶向效率和特异性。此外，使用野生型卵母细胞等位基因作为模板优先修复突变体亲本MYBPC3基因中的DSB ，表明替代种系特异性DNA修复反应。还研究了负责胚胎嵌合的机制，并提出了一种最小化其发生发展的方案 - 即将精子和CRISPR-Cas9组分共同注射到中期II（MII）卵母细胞中。

详细：

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顾汉现

Nature:国家基因库参与人类胚胎基因编辑研究

中文来源：科学网 2017-08-04 09:44

17-8月3日，由俄勒冈健康与科学大学、韩国基础科学研究院、美国Salk生物学研究所和深圳国家基因库合成与编辑平台合作完成的人类胚胎基因编辑最新重量级研究成果发表于《自然》杂志。在中国、美国、韩国的国际合作组的通力协作下，科学家第一次成功的利用CRISPR-Cas9系统在人类早期胚胎中对导致肥厚型心肌病的基因突变进行了安全修复。

肥厚型心肌病（Hypertrophic cardiomyopathy，HCM），是以心室肌肥厚为突出特征的原发性心肌病，患病率约为 1／500，是一种全球性疾病，也是青壮年运动员猝死的主要原因之一。多数的肥厚型心肌病均由基因突变导致，MYBPC3基因突变是最为常见的遗传突变。利用基因编辑技术在胚胎中修复MYBPC3致病突变，为从根本上治愈该种家族性遗传疾病带来了希望。

在得到伦理许可的基础之上，此项目研究人员使用正常人的卵子和携带MYBPC3杂合致病突变的精子体外受精产生受精卵，在早期胚胎发育阶段运用CRISPR-Cas9编辑策略对致病突变进行修复。结果证实，在早期胚胎中注射CRISPR-Cas9，利用内源野生型基因拷贝作为修复模板进行的编辑修复，能够达到极高的修复效率，且有效地消除了胚胎嵌合的影响。

基因编辑的安全性问题曾引起公众极大的关注和担忧，建立针对该技术的安全性评估流程成为伴随该技术发展的重要研究工作。深圳国家基因库合成与编辑平台的研究人员运用 高深度外显子测序对编辑后胚胎中提取出的全能型干细胞进行检测，在生物信息学预测的685个潜在脱靶区域进行了比较分析，结果显示编辑并未在脱靶区域产生新的突变。针对基因组的整体评估也显示基因编辑未对基因组的稳定性产生显着影响。基于Digenome-Seq和全基因组测序等深度测序技术的评估也进一步分析验证了该研究中采用的编辑方法是相对有效而安全的。该研究充分说明，测序及相关分析技术在基因编辑的安全性评估方法的建立中具有至关重要的作用。多种检测评估方法整合的评估方案，将是编辑技术的临床应用所必需的评估和监控保障。

该研究证实了早期胚胎编辑能够达到较高的效率和安全性，并有效解决胚胎嵌合问题，揭示了早期胚胎编辑在单基因遗传病安全防治方面的重大潜力，对编辑技术的应用和发展将起到重要的推动作用。同时也显示出基因组测序在基因编辑的安全性评价，以及未来基因编辑的应用上都是不可或缺的环节。

据悉，作为该研究主要贡献者的Belmonte教授与深圳国家基因库保持着长期紧密的合作，并已成为深圳国家基因库合成与编辑平台的科学顾问。通过优势整合，目前双方已就基因编辑技术的优化和应用拓展开展了深度合作，开发基于高深度测序技术的基因编辑效率安全评估检测流程，以推进基因编辑技术在例如单基因遗传病等疾病治疗方面的应用探索。(生物谷Bioon.com）

http://news.bioon.com/article/6707826.html



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