麻省大學醫(yī)學院的科學家開發(fā)了一種策略，利用CRISPR/Cas9和很少使用的DNA修復途徑來編輯和修復與微復制相關(guān)的特定類型的基因突變。在《自然》中描述，這種可編程基因編輯方法克服了以前基因校正的低效。
“這就像按下了重置按鈕，”分子、細胞和癌癥生物學教授斯考特沃爾夫博士說?！拔覀儾恍枰砑尤魏涡Ｕz傳物質(zhì)，但細胞會將DNA重組在一起，并減去重復部分。這是基因矯正的捷徑，具有潛在的治療吸引力?！?
微復制是一種染色體變化，其中一小部分脫氧核糖核酸被復制或復制。在某些基因中，當添加的核苷酸數(shù)不能除以3時，這些重復可能會導致所謂的“移碼突變”。這改變了基因到蛋白質(zhì)的翻譯，導致功能喪失。由微復制引起的移碼突變導致多達143種不同的疾病，包括肢體肌營養(yǎng)不良、赫爾曼斯基-普德拉克綜合征和泰-薩克斯病。
Wolfe博士是Nature研究的聯(lián)合研究員，也是CRISPR/Cas9和其他基于可編程核酸酶的基因編輯方法的專家。這些技術(shù)大多需要在有缺陷的基因上產(chǎn)生DNA鏈斷裂，并引入矯正遺傳物質(zhì)。新序列被插入斷裂處，并通過細胞中發(fā)現(xiàn)的稱為垂直修復途徑的先天脫氧核糖核酸修復機制進行修復。雖然在治療上有希望，但這種糾正基因的方法可能效率低下，并有其他技術(shù)挑戰(zhàn)。
Wolfe和合著者Charles P. Emerson Jr .博士、神經(jīng)病學教授、麻省大學醫(yī)學院Wellstone肌營養(yǎng)不良中心主任以及骨骼肌發(fā)育和肌營養(yǎng)不良方面的專家認為，可能有更直接的方法來糾正微復制引起的疾病。他們的結(jié)論是，如果微觀同源介導的末端連接(MMEJ)途徑可以有效地代替同源定向修復途徑，它將去除重復序列并恢復基因的功能序列。與其他細胞修復機制相比，其效率更低、更罕見。MMEJ途徑通常導致切割兩側(cè)的缺失，并負責一小部分的DNA修復-根據(jù)一些估計不到10%。
艾默生博士有一個很有希望的疾病目標，就是評估這種編輯方法的可行性——TCAP基因微復制引起的2G型腘繩肌營養(yǎng)不良癥(LGMD2G)。艾默生和沃爾夫?qū)嶒炇姨幚砹薒GMD2G患者產(chǎn)生的多能干細胞，其中含有化膿性鏈球菌9核酸酶，用于靶向TCAP基因微復制中心附近的DNA片段。正如他們預測的那樣，MMEJ修復機制刪除了一個微復制的拷貝——高效地將DNA再次拼接在一起，缺失了突變的遺傳物質(zhì)并恢復了基因，從而能夠產(chǎn)生正常的TCAP蛋白。
“TCAP基因微復制基因編輯的簡單高效是一個非常激動人心的發(fā)現(xiàn)時刻，這為LGMD 2G開發(fā)治療提供了獨特的機會。目前，這種治療無法治愈，這已經(jīng)成為我們的直接目標，”愛默生說。
通過MMEJ核酸酶基因編輯的微復制可能導致多少疾病？在兒科副教授Christian Mueller博士的合作下，研究團隊證實，與Hermanksy-Pudlak綜合征1型相關(guān)的HPS1基因的微復制可以在患者細胞中得到糾正。神經(jīng)病學助理教授奧利弗金博士隨后開發(fā)了一種用于搜索人類基因組數(shù)據(jù)庫的計算工具，并顯著識別了143種與微復制相關(guān)的疾病，這些疾病可以通過他們的Cas9-MMEJ方法進行治療。
Wolfe說：“從這個適度的開始，我們相信基于MMEJ的治療策略的簡單性、可靠性和有效性可能允許開發(fā)基于核酸酶的基因矯正療法，用于許多目前無法治愈的疾病。
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