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Nat Biotechnol:利用改进的CRISPR-Cas9基因编辑系统将较长的DNA序列高效引入细胞基因组中的精确位点
来源:     时间 : 2022-12-01

doi:10.1038/s41587-022-01418-8

CRISPR-Cas9基因编辑系统的一种新变体使得它更容易为治疗应用而对大量细胞进行基因改造。美国格拉斯通研究所和加州大学旧金山分校开发的这种方法让科学家们能够以非常高的效率将特别长的DNA序列引入细胞基因组的精确位置,而不需要传统上用来携带DNA进入细胞的病毒递送系统。相关研究结果于2022年8月25日在线发表在Nature Biotechnology期刊上,论文标题为“High-yield genome engineering in primary cells using a hybrid ssDNA repair template and small-molecule cocktails”。

DNA可以以单链或双链形式存在,而Cas9会附着在双链DNA上。这些作者很快发现,高水平的双链DNA模板对细胞有毒,因此该方法只能用于低量的模板DNA,这会导致编辑效率低下。

Marson团队知道单链DNA对细胞的毒性较小,即使在相对高的浓度下也是如此。因此,在这篇新的论文中,他们描述了一种将改良的Cas9酶附着在单链DNA模板上的方法,只需在两端添加一小段悬空的双链DNA。Marson说,“这给了我们一种平衡的、两全其美的方法。”

CTS(Cas9 target sequence,Cas9靶序列)模板设计的比较,图片来自Nature Biotechnology, 2022, doi:10.1038/s41587-022-01418-8。

与传统的双链DNA模板相比,单链DNA模板可以使基因编辑的效率提高一倍以上。单链DNA分子的双链末端让人们可以使用Cas9来加强非病毒载体在细胞中的递送。

在这项新的研究中,这些作者使用新的DNA模板产生了超过10亿个靶向多发性骨髓瘤的CAR-T细胞。CAR-T细胞是经过基因改造的T细胞,可以有效对抗特定的细胞或癌症。有了新的由Cas9指导的单链模板,大约一半的T细胞获得了新的基因,因而被转化为CAR-T细胞。

论文共同作者、加州大学旧金山分校血液学与肿瘤学科医学助理教授Justin Eyquem博士说,“我们知道,将DNA模板靶向基因组中称为TRAC(T-cell receptor α constant, T细胞受体α恒定区)位点的特定位点,将会提高CAR-T细胞的抗肿瘤效力。这种新的非病毒方法使我们能够更有效地实现这一目标,这将加快下一代CAR-T细胞疗法的开发。”