新的基因“CopyCatchers”在活的有机体中检测有效和精确的CRISPR编辑

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加州大学圣地亚哥分校的研究人员已经为一种潜在的新型基因疗法奠定了基础，这种疗法使用了新型的基于crispr的技术。

加州大学圣地亚哥分校博士后学者李志倩(Zhiqian Li)在生物科学部Ethan Bier教授的实验室领导的研究工作在果蝇和人类细胞中进行，研究表明新的DNA修复机制可以被设计用来解决使人衰弱的疾病和受损的细胞状况的影响。

果蝇中的红色荧光探测器蛋白揭示了实际复制实验的检测结果(左)和完美的复制将如何出现(右)。左边的荧光细胞也缺乏一种称为“苍白”的色素基因的功能，这是由于CopyCatcher元素的复制，它消除了苍白基因的两个副本的功能。在右边的控制组中，只有一个被CopyCatcher(一个有功能的基因拷贝)插入破坏的苍白基因副本，在整个身体中有亮红色的细胞和正常的鬃毛色素沉着。来源:李志谦

科学家们开发了一种名为“CopyCatcher”的新型基因传感器，它利用基于crispr的基因驱动技术，来检测果蝇体内整个细胞中遗传元素从一条染色体精确复制到另一条染色体的情况。

详细情况在日记中有解释自然通讯。

正在开发的基因驱动技术可以在身体的生殖细胞(精子和卵子)中复制和分配所需的性状，这使得这些性状可以在整个人群中传播——有可能防止疟疾等由昆虫传播的疾病的传播，并增强农作物的营养。对于人类健康应用，下一代CopyCatcher系统将测量这种完美复制在人体不同细胞中发生的频率。由于该系统在果蝇中检测到非常高的复制率，在人类细胞中取得类似的成功将使科学家能够在整个身体，特别是在依赖该基因功能的细胞中进行所需的精确基因组编辑。

该研究的资深作者Bier说:“这些研究为一种新型基因疗法提供了明确的原理证明，在这种疗法中，突变基因的一个副本可以从部分完整的基因的第二个副本中修复。自然通讯研究和科学主任加州大学圣地亚哥分校塔塔遗传与社会研究所．“如果患有遗传性遗传疾病的患者的父母是同一基因中两种不同突变的携带者，就需要这样的设计。”

Bier说，将突变基因固定在基因组正常环境中的策略与当前的基因治疗策略有很大不同，在当前的基因治疗策略中，基因的代理副本被放置在基因组的不同位置，充当粗糙的“补丁”。

比尔说:“这种方法恢复了足够的基因活性，可以让病人一瘸一拐地走过去。”“在这些情况下，基因通常在正常情况下应该沉默的细胞中被激活，而在其他细胞中可能没有被激活。”

如果效率高，精度高在活的有机体内复制捕手在果蝇中检测到的基因编辑可以在人类细胞中实现，然后各种遗传疾病可能得到治疗，包括血液疾病、影响视力或听力的疾病以及针对特定器官的疾病，如肌肉萎缩症、囊性纤维化(肺和肾)和先天性心脏缺陷。

“这种恢复性的基因疗法将代表着对现有方法的重大改进，在现有方法中，基因的功能副本通常在身体的所有细胞中被激活，但以一种异常的模式，”李说。

研究人员发现，尽管研究人员在苍蝇身体不同组织(眼睛、表皮和胚胎细胞)中活跃的三种基因中发现了高效的遗传信息复制，但这种从一个染色体复制到另一个染色体的能力在人类细胞中(4-8%的细胞)比在苍蝇细胞中(30-50%的细胞)效率要低。然而，在使用CRISPR对一条染色体进行特定切割的人类细胞中，研究人员严格确定，另一条染色体可以用来修复损伤，导致遗传元素被精确地复制到切割部位。此外，改善果蝇复制的措施也转化为增强人类细胞的复制，这表明进一步的研究可能会提高人类细胞的复制效率在活的有机体内基因修复。

复制捕捉器是基于细胞每条染色体有两个副本这一事实设计的。在它的起始位置，CopyCatcher被呈现为非活性，阻止它产生红色荧光探测器蛋白。然而，如果CopyCatcher将自己精确地复制到另一条染色体上，那么它就可以摆脱施加在原始元素上的约束，从而导致细胞变成荧光细胞。在整个组织中列出的红色荧光细胞的比例是精确CRISPR编辑频率的定量指标。由于这个男孩的细胞被认为对精确的CRISPR编辑相对抵触，因此令人惊讶的是，CopyCatchers揭示了全身细胞(如眼睛和表皮)的一种意想不到的潜力。

在接下来计划的一系列实验中，李和Bier实验室的同事们将使用CopyCatchers和相关系统进一步优化校正编辑的效率，并开发人类疾病的模型系统，以提高这项技术在基因治疗应用中的有效性。

这项研究的合著者包括:Zhiqian Li, Nimi Marcel, Sushil Devkota，Ankush Auradkar, Stephen Hedrick, Valentino Gantz和Ethan Bier。

该研究由美国国立卫生研究院(拨款R01 GM117321)、保罗·g·艾伦前沿小组杰出研究人员奖以及印度塔塔信托基金捐赠给TIGS-UC圣地亚哥和tigs -印度。

注意:Bier在他共同创立的两家公司Synbal Inc.和Agragene, Inc.拥有股权，这两家公司可能会从研究结果中受益。他还在Synbal的董事会和两家公司的科学顾问委员会任职。