一種新型基因編輯工具能夠幫助細胞機制跳過導致疾病的基因部分，該工具已被應用于阿爾茨海默病小鼠模型中，以減少 β-淀粉樣蛋白斑塊前體的形成。

伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校

12月23日

伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校（University of Illinois at Urbana-Champaign，UIUC）的研究人員表示，該工具（稱為SPLICER）在活體小鼠中的應用顯示了其相較于當前基因編輯技術的標準方法具有更高的效率，以及在其他疾病中應用的潛力。該研究成果由伊利諾伊大學的生物工程教授 Pablo Perez-Pinera 領導，并發表在《自然-通訊》（Nature Communications）雜志上。

研究于2024年11月28日發表在《Nature Communications》（最新影響因子：14.7）雜志上

SPLICER 采用了一種稱為外顯子跳過的基因編輯方法，這種方法對于由產生錯誤折疊或有毒蛋白質的突變所引起的健康狀況特別感興趣，如杜氏肌營養不良癥（Duchenne’s muscular dystrophy）或亨廷頓病（Huntington’s disease）。

Perez-Pinera 說：“DNA 包含構建負責細胞功能的一切指令。所以它就像一本包含非常詳細的烹飪指令的食譜。但是，DNA 中有大片區域不編碼任何內容。這就像你開始一個火雞晚餐的食譜，然后你遇到一個說明‘轉到第10頁’的標記。第10頁之后是‘繼續在第25頁’。中間的頁面是胡言亂語。”

“但是，假設在食譜的一頁上（在遺傳學中稱為外顯子）有一個拼寫錯誤，導致火雞無法食用，甚至有毒。如果我們不能直接糾正這個拼寫錯誤，我們可以在它之前修改說明，讓你跳到下一頁，跳過有錯誤的頁面，這樣你最終就能做出可食用的火雞。雖然你可能會錯過被跳過的頁面上的肉汁，但你仍然有晚餐吃。同樣地，如果我們能夠跳過帶有毒性突變的基因片段，那么產生的蛋白質仍然可能具有足夠的功能來發揮其關鍵作用。”

SPLICER 在流行的 CRISPR-Cas9 基因編輯平臺的基礎上進行了關鍵改進。CRISPR-Cas9 系統需要一個特定的 DNA 序列來附著，從而限制了可編輯的基因。而 SPLICER 使用了不需要該序列的新型 Cas9 酶，為伊利諾伊大學研究小組關注的阿爾茨海默病相關基因等新靶點打開了大門。

Pablo Perez-Pinera教授（中）與研究生Shraddha Shirguppe（左）和Angelo Miskalis（右）

該論文的共同第一作者、研究生 Angelo Miskalis 說：“我們在工作中解決的另一個問題是跳過的內容的精確性。使用當前的外顯子跳過技術，有時并非所有的外顯子都會被跳過，因此我們仍然有部分序列是我們不希望表達的。用食譜的類比來說，這就像試圖跳過一頁，但新頁面從中間的一句話開始，現在食譜就沒有意義了。我們想要避免這種情況。”

外顯子周圍有兩個關鍵的序列區域，它們告訴細胞機制使用基因的哪些部分來制造蛋白質：一個在開始處，一個在結束處。雖然大多數外顯子跳過工具只針對一個序列，但 SPLICER 會編輯起始和終止序列。因此，Miskalis 說，靶點外顯子被更有效地跳過了。

研究小組選擇阿爾茨海默病基因作為 SPLICER 治療能力的首次演示靶點，因為盡管該靶點基因已被廣泛研究，但在活體中實現高效外顯子跳過一直難以實現。研究人員針對一個特定的外顯子進行編碼，該外顯子編碼蛋白質內的一個氨基酸序列，該序列會被切割形成 β-淀粉樣蛋白，隨著疾病的進展，β-淀粉樣蛋白會在大腦神經元上積聚形成斑塊。

使用SPLICER同時編輯剪接位點可促進外顯子跳躍

在培養的神經元中，SPLICER 有效地減少了 β-淀粉樣蛋白的形成。當分析小鼠大腦的 DNA 和 RNA 輸出時，研究人員發現，在經 SPLICER 處理的小鼠中，靶點外顯子減少了 25%，且沒有證據表明存在脫靶效應。

該研究的另一位共同第一作者、研究生 Shraddha Shirguppe 說：“當我們最初嘗試使用舊技術靶向這個外顯子時，它并沒有起作用。將新型堿基編輯器與雙重剪接編輯相結合，以比以往任何可用方法都要好得多的速率跳過了外顯子。我們能夠證明，它不僅能更好地跳過整個外顯子，還能減少這些細胞中產生斑塊的蛋白質。”

Perez-Pinera 說：“如果產生的蛋白質仍然具有功能，外顯子跳過才有效，因此它不能治療所有具有遺傳基礎的疾病。這是該方法的總體局限性。但是，對于像阿爾茨海默病、帕金森病、亨廷頓病或杜氏肌營養不良癥這樣的疾病，這種方法具有很大的潛力。接下來的直接步驟是研究在這些疾病中去除靶點外顯子的安全性，并確保我們沒有創造出一種有毒或缺少關鍵功能的新蛋白質。我們還需要進行更長期的動物研究，觀察疾病是否會隨著時間的推移而進展。”

創立于1867年的伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校

參考文獻

Source：University of Illinois at Urbana-Champaign

Gene editing tool reduces Alzheimer’s plaque precursor in mice

Reference：

Miskalis, A., Shirguppe, S., Winter, J. et al. SPLICER: a highly efficient base editing toolbox that enables in vivo therapeutic exon skipping. Nat Commun 15, 10354 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-54529-y

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       原文標題 : 基因編輯工具減少小鼠的阿爾茨海默病斑塊前體