基于CRISPR基因編輯技術(shù)的療法或會產(chǎn)生致癌突變的細胞！
2020年諾貝爾化學(xué)獎授予埃馬紐埃爾·卡彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)和詹妮弗·杜德納(Jennifer A. Doudna)，以表彰她們在“基因組編輯方法”研究領(lǐng)域作出的貢獻。而這里的基因組編輯方法，指的正是當下熱門的CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)。 CRISPR/Cas作為基因編輯系統(tǒng)被應(yīng)用早開始于2012年。Jennifer Doudna和Emmanuelle Charpentier通過體外實驗證明：成熟的crRNA通過堿基互補配對與tracrRNA形成特殊的雙鏈RNA結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)cas9蛋白在目標DNA上引起雙鏈斷裂。在與crRNA指導(dǎo)序列互補的位點，cas9蛋白的HNH核酸酶結(jié)構(gòu)域切割crRNA的互補鏈，而cas9蛋白RuvC樣結(jié)構(gòu)域切割非互補鏈。當雙tracrRNA：crRNA被嵌合到一條RNA時，同樣可以指導(dǎo)cas9切割雙鏈DNA。她們的研究證明，在雙鏈RNA指導(dǎo)下切割雙鏈DNA斷裂的內(nèi)切酶家族并揭示了CRISPR/Cas系統(tǒng)在RNA指導(dǎo)下進行基因編輯的巨大潛力。
基因編輯技術(shù)的基本原理，圖源origene.com
2013年，發(fā)現(xiàn)CRISPR/Cas9系統(tǒng)可高效地編輯基因組。張鋒等使用CRISPR系統(tǒng)成功地在人類細胞和小鼠細胞中實現(xiàn)了基因編輯。 從此開始，CRISPR/Cas9技術(shù)給生命科學(xué)領(lǐng)域帶來了巨大沖擊，CRISPR/Cas9相關(guān)研究成果頻頻登上Cell、Nature、Science等頂級期刊，更是拿到了2020的諾貝爾化學(xué)獎。 而近有研究表明，通過CRISPR–Cas9進行基因組編輯或會在原代細胞中誘導(dǎo)p53所介導(dǎo)的DNA損傷反應(yīng)，從而阻礙細胞的生長，這或許就會導(dǎo)致對已經(jīng)存在的p53突變的細胞的選擇。 近日，一篇發(fā)表在國際雜志Nature Communications上題為“A systematic genome-wide mapping of oncogenic mutation selection during CRISPR-Cas9 genome editing”的研究報告中，來自美國國立衛(wèi)生研究院等機構(gòu)的科學(xué)家們通過研究發(fā)現(xiàn)， 基于CRISPR -Cas9的基因編輯（尤其是基因敲除）或許會讓細胞產(chǎn)生于癌癥相關(guān)的基因突變形式。 這些研究發(fā)現(xiàn)強調(diào)了對接受基于CRISPR -Cas9的基因編輯療法來修飾癌癥相關(guān)基因突變患者及時監(jiān)測的必要性。
圖片來源：https://www.nature.com/articles/s41467-021-26788-6
研究者Ani Deshpande博士說道： 本文研究結(jié)果表明，在多種不同的細胞類型中，CRISPR基因編輯或許會給攜帶與癌癥相關(guān)基因突變的細胞帶來一定的選擇性優(yōu)勢， 比如p53和KRAS基因等。當利用CRISPR-Cas9來對基因組進行編輯時，攜帶癌癥相關(guān)突變的細胞很有可能會選擇性地存活下來，而且這要比科學(xué)家們此前所了解的更為普遍一些。 CRISPR-Cas9的工作原理是在DNA序列的特定位點上產(chǎn)生雙鏈DNA斷裂，從而就能使得科學(xué)家們靶向作用并編輯特定的基因，然而，p53基因能通過抑制細胞生長來對雙鏈的斷裂產(chǎn)生反應(yīng)，這意味著經(jīng)歷CRISPR細胞的生長和分裂效率會降低，而且攜帶p53基因突變的細胞會持續(xù)生長并分裂，從而使其更具優(yōu)勢。如果發(fā)生基因組錯誤，p53基因就會停止細胞分裂，并試圖糾正細胞出現(xiàn)的問題；如果錯誤不能被修復(fù)的話，p53就會在細胞發(fā)生癌變之前開啟程序性的細胞死亡，這就使得p53成為了一種關(guān)鍵的抗癌基因，失去其功能就會讓人們對腫瘤更加易感。P53基因如此重要以至于其被稱之為基因組的守護者。 研究者Eytan Ruppin指出，這篇文章中，我們分析了p53對近1000個人類細胞系中出現(xiàn)的雙鏈斷裂所產(chǎn)生的反應(yīng)，在幾乎所有的細胞類型中，我們都發(fā)現(xiàn)，當進行CRISPR-Cas9所介導(dǎo)的基因敲除后，攜帶正常p53基因的細胞就會表現(xiàn)出生長減緩，而攜帶突變p53基因的細胞則受到的影響較小，從而就能使其生長迅速且優(yōu)于正常細胞。 此外研究者還發(fā)現(xiàn)， CRISPR或能介導(dǎo)攜帶其它癌癥相關(guān)突變的細胞表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢，比如攜帶KRAS癌基因的細胞等。 這并不是研究者第一次揭示出CRISPR基因編輯技術(shù)或會引入潛在的危險改變，然而本文研究卻是研究人員首次在多種人類細胞中揭示出CRISPR技術(shù)所帶來的潛在影響。
通過匯集CRISPR篩查來證實等基因MOLM13細胞系中p53 CDE基因。 圖片來源：Sinha, S., et al. Nat Commun 12, 6512 (2021). doi：10.1038/s41467-021-26788-6
相關(guān)研究結(jié)果表明，在使用基于CRISPR的基因療法時或許需要謹慎，尤其是在治療攜帶p53或KRAS基因突變的患者時，目前研究人員正在開發(fā)的CRISPR療法能糾正很多人類組織中的突變，但正如很多科學(xué)家指出的那樣，我們或許需要謹慎，因為在使用CRISPR-Cas9基因編輯的過程中或許就會選擇出攜帶關(guān)鍵驅(qū)動癌癥基因突變的細胞，而這或許具有一定的潛在危險。但幸運的是，研究者近開發(fā)的新型CRISPR編輯技術(shù)或許就會降低這種風(fēng)險。 研究者Deshpande表示，早期的CRISPR技術(shù)會產(chǎn)生雙鏈斷裂，但更為現(xiàn)代的迭代技術(shù)或許進行更簡單的編輯來靶向作用RNA；如果我們利用一種非切割版本的CRISRP，或許就會避免產(chǎn)生很多問題，這對于患者而言或許是非常好的消息。
綜上，盡管存在潛在的風(fēng)險，但研究者認為，CRISPR技術(shù)依然一種令人興奮的革命性技術(shù)，而諸如上述障礙并非不能克服。未來研究人員將會繼續(xù)深入研究，出足夠安全用于患者機體的基因編輯技術(shù)。
原始出處： Sinha, S., Barbosa, K., Cheng, K. et al. A systematic genome-wide mapping of oncogenic mutation selection during CRISPR-Cas9 genome editing. Nat Commun 12, 6512 (2021). doi：10.1038/s41467-021-26788-6
