CRISPR再曝重大漏洞!遗传学大牛发现CRISPR/Cas9会在作用靶点远处导致大规模DNA删除

医疗健康 来源:奇点网 作者:奇点糕
2018
07/18
09:29
奇点网
作者:奇点糕
医疗健康

最受关注的基因编辑技术是什么?CRISPR!其中走得最快的系统是哪个?CRISPR/Cas9!

近几年来,科学家不断对CRISPR/Cas9系统进行改造,更敏感的检测方法、更高效的Cas9酶、更好的递送方式……与临床之间的天堑鸿沟——脱靶效应,在研究者的努力下已经变得不那么可怕,使用CRISPR/Cas9进行的第一批临床试验也提上了日程。

稍等,CRISPR/Cas9真的如我们所想的那样安全吗?继上个月的致癌疑云之后,本周《自然生物技术》又曝新问题,由CRISPR/Cas9介导的DNA双链断裂修复,极有可能造成切割位点远端DNA大片段丢失、乃至其他更为复杂的基因突变[1]!

这种负面影响,一是丢失片段很长,可高达数千bp,可能影响细胞功能;一是距离切割位点较远,可以位于20kb之外,正常评估流程难以检测;一是随机性强,每个样本编辑后的基因型都有所不同,潜在影响的多样化巨大!

该项研究来自英国惠康桑格研究所,人类基因组计划中贡献最大的科研机构。文章通讯作者则是着名遗传学家Allan Bradley教授,他致力于癌症与基因的研究,他担任研究所长期间重新调整了惠康桑格研究所的发展方向,研究所名下的十数个生物信息学数据库少不了他的功劳。[2]

一般来说,科学家认为Cas9导致的DNA修复不会造成20bp以上基因的插入和缺失[3-5],不过实际上确实有研究曾发现,单gRNA诱导能够在小鼠受精卵中造成600bp以上的基因缺失[6],同时,双gRNA诱导也表现出了比预期更加复杂的基因型改变[7]。

而且,在大多数研究中,对基因编辑结果的分析,往往只关注靶点和潜在脱靶位点周围很小一段区域(<1kb),这样很可能会错过一些并不连续的突变位点。再者,研究所使用的细胞往往来自癌细胞系,其基因组和dna修复机制本来就不正常,结果是否能够推广到正常组织和细胞上也是个未知数。<>

Bradley教授和同事们认为,可能有大量的编辑错误我们并没有发现,如果这些异常基因位于正在活跃增殖的细胞中,那么很有可能会导致其他疾病。

为了搞清楚这个问题,研究者尝试用CRISPR/Cas9系统编辑雄性小鼠胚胎干细胞中的PigA基因。这个基因位于X染色体上,所以在XY细胞中没有等位基因。

研究者首先尝试了靶向基因外显子的单gRNA,编辑效率还是很高的,59-97%的细胞PigA基因都丧失了功能。

然而奇怪的是,靶向内含子的单gRNA也能够导致PigA基因失活。要知道这些靶点距离外显子还挺远,263-520bp之间的10个不同靶点编辑效率有8-20%,还有两个靶点距离外显子2kb开外,居然也能导致5-7%的PigA失活!

为了搞清楚这过程中发生了什么,研究者对PigA缺陷细胞进行了大规模测序,结果发现靶向内含子的编辑,居然也会造成外显子的缺失!也就是说CRISPR会造成意料之外的远端DNA缺失!


靶向内含子也造成了外显子缺失

研究者又继续分离这些细胞挨个分析,发现将近四分之三的细胞(69/93)在切割位点和外显子部分存在基因缺失,大小各不相同,最大能达到9.5kb;剩下的细胞则同时还有大片段插入等复杂的问题。

值得注意的是,这些“病变”与目标靶点并不相邻,如果用通常的检测方法,是根本无法发现的。

研究者还尝试了从两端同时扩增来自部分缺陷细胞的PigA基因,结果只能得到两端的序列,得不到中间部分。进一步分析也显示,存在着基因易位、倒错这样更为严重的结构变异。

此外,细胞与细胞之间的基因缺失状况又各有不同,这意味着潜在的致病模式多得无法想象。


会造成各种严重的突变

鉴于实验中PigA是单等位基因,考虑到可能具有特殊性,研究者又选取了另一种基因Cd9,这种基因位于常染色体上,并不是胚胎干细胞生存必须的基因,它的表达产物也很容易被染色检测。

重复以上实验,结果显示靶向外显子的gRNA编辑效率达到88%,而靶向内含子的编辑效率则在2.6-3.8%之间。考虑到破坏两个等位基因才能够阻止Cd9表达,这个结果实际上和PigA得到的基本一致。

测序结果也显示,Cd9基因中存在大片段缺失,最长达到5.5kb,而且27个Cd9缺陷细胞中,只有一个具有完整的外显子。

那么是不是由于小鼠胚胎干细胞尚未分化,具有某些特性,所以才造成这些问题的呢?同样的实验又在永生化人女性视网膜色素上皮细胞系(RPE1)和小鼠造血祖细胞中进行,结果也很相似。

转染方式也并非关键,无论是PB转座子系统,还是电穿孔和脂质体转染,CRISPR/Cas9造成的这种大片段缺失都是存在的。


人源细胞中突变情况也是类似的

本项研究中使用了小鼠的胚胎干细胞、造血祖细胞和人成熟分化细胞,前两者具有正常的DNA修复机制,而这三者都在临床研究中有着应用。

考虑到临床,事情就更加严肃了。临床中往往要一次性编辑数十亿个细胞,产生的大量不同突变很可能是致病的病变,乃至救命的细胞变成的致命的肿瘤。

Bradley教授表示,使用CRISPR/Cas9系统的风险“被严重低估了”,而本项研究“应当成为一记警钟。”

这篇论文刚刚发表二十分钟,业界领头的CRISPR先驱们股价大跌,CRISPR Therapeutics股价下跌8.6%,Editas Medicine下跌7%,Intellia Therapeutics下跌近10%。超过3亿美元市值凭空蒸发。[8]

不过这些新贵们倒并不慌张,毕竟如果基因编辑真的会造成如此严重的后果,那么在锌指或TALENs技术中也应当有体现——很显然,并没有人观察到。

Intellia表示,他们一直在对小鼠编辑后基因组进行分析,目前为止还没有发现任何“致癌”的突变。其副总裁Tom Barnes表示,这可能是由于Bradley团队采用了积极增殖的细胞,而Intellia使用的细胞更为“静止”[9]。

Editas则发布声明表示,公司致力于基于CRISPR的药物,并不会受到这项研究的影响。

现在的问题和我们上个月讨论的很类似了,如果这个现象是真的,那么我们为什么在此前的临床前实验中从未观察到小鼠大规模爆发肿瘤呢?

至少目前可以确定,体外编辑细胞之后,做个全基因组测序恐怕很有必要。

参考资料:

[1]https://www.nature.com/articles/nbt.4192#ref-link-section-25

[2]https://www.sanger.ac.uk/people/directory/bradley-allan

[3] Koike-Yusa, H., Li, Y., Tan, E.-P. & Velasco-Herrera, M.D.C. & Yusa, K. Genome-wide recessive genetic screening in mammalian cells with a lentiviral CRISPR-guide RNA library. Nat. Biotechnol. 32, 267–273 (2014)。

[4]van Overbeek, M. et al. DNA repair profling reveals nonrandom outcomes at Cas9-mediated breaks. Mol. Cell 63, 633–646 (2016)。

[5]Tan, E.P., Li, Y., Velasco-Herrera, M.D.C., Yusa, K. & Bradley, A. Off-target assessment of CRISPR-Cas9 guiding RNAs in human iPS and mouse ES cells.Genesis 53, 225–236 (2015)。

[6] Shin, H.Y. et al. CRISPR/Cas9 targeting events cause complex deletions and insertions at 17 sites in the mouse genome. Nat. Commun. 8, 15464 (2017)。

[7] Kraft, K. et al. Deletions, inversions, duplications: engineering of structural variants using CRISPR/Cas in mice. Cell Rep. 10, 833–839 (2015)。

[8]https://www.statnews.com/2018/07/16/crispr-potential-dna-damage-underestimated/

[9]https://www.nature.com/articles/d41586-018-05736-3?utm_source=fbk_nnc&utm_medium=social&utm_campaign=naturenews&sf193763122=1

来源:奇点网

作者:奇点糕

医谷链

致癌恐慌笼罩“基因魔剪”:《Nature》子刊连发两文,CRISPR成功编辑的干细胞或是“定时炸弹”

来源:奇点网   作者:奇点糕

(原标题:《自然》子刊:CRISPR再曝重大漏洞!遗传学大牛发现CRISPR/Cas9会在作用靶点远处导致大规模DNA删除 | 科学大发现)

为你推荐

国内首款干细胞外泌体在研药物获批IND资讯

国内首款干细胞外泌体在研药物获批IND

7月6日,上海思德克索生物科技有限公司宣布,其自主研发的人源脂肪间充质干细胞来源的细胞外囊泡药物STX11101注射液,已正式获得中国国家药品监督管理局(NMPA)药品审评中心(C...

2026-07-07 15:22

数万台临床试用,无线内窥镜创新企业英赛飞影完成数千万元 A 轮融资讯

数万台临床试用,无线内窥镜创新企业英赛飞影完成数千万元 A 轮融

本轮融资由得时资本领投,悦达私募、苏州高新区科创天使基金联合投资。

2026-07-07 15:21

AI虚拟细胞企业华源智因获数千万元种子轮投资,水木创投注资资讯

AI虚拟细胞企业华源智因获数千万元种子轮投资,水木创投注资

本轮资金将重点用于核心技术迭代、高端人才团队扩充、临床场景落地及商业化体系搭建,助力企业深耕AI计算生物学与智能药物研发领域。

2026-07-07 15:08

中国国家药品监督管理局受理备思复(维恩妥尤单抗)联合帕博利珠单抗用于肌层浸润性膀胱癌的上市许可申请资讯

中国国家药品监督管理局受理备思复(维恩妥尤单抗)联合帕博利珠单抗用于肌层浸润性膀胱癌的上市许可申请

用于肌层浸润性膀胱癌(MIBC)成人患者的新辅助治疗(术前治疗)及在膀胱切除术(手术)后的辅助治疗(术后治疗),无论患者是否耐受含顺铂化疗。

2026-07-07 14:52

多方共话青少年成长与健康认知,探索亲子沟通与科学预防路径资讯

多方共话青少年成长与健康认知,探索亲子沟通与科学预防路径

近日,围绕青少年成长过程中的亲子沟通与健康认知议题,由《嘉人Marie Claire》杂志主办、默沙东中国支持的“默默爱着你”主题论坛于北京顺利举办

2026-07-07 14:49

同仁堂今日港交所上市,破发资讯

同仁堂今日港交所上市,破发

今日,同仁堂医养正式登陆港交所,发售价为5 5港元 股。截至7月7日中午收盘,同仁堂医养下跌超过40%,市值不足15亿港元。另值得注意的是,公司开盘报4 76港元 股,较5 5港...

2026-07-07 13:35

湖南牵头呼吸介入类医用耗材集采资讯

湖南牵头呼吸介入类医用耗材集采

近日,湖南医保局发布《关于开展呼吸介入类医用耗材企业和产品信息集中维护工作的通知》。

2026-07-07 11:31

歌礼制药两款丙肝治疗药物正式调出医保目录资讯

歌礼制药两款丙肝治疗药物正式调出医保目录

由于2025年医保谈判中没有成功续约,在6个月的过渡期后,日前,歌礼制药的达诺瑞韦钠片(戈诺卫)、盐酸拉维达韦片(新力莱)被正式调出医保目录。

2026-07-07 11:14

华夏英泰完成超 2 亿元 C 轮融资,加速通用型 STAR-T 及 In vivo 细胞治疗平台布局资讯

华夏英泰完成超 2 亿元 C 轮融资,加速通用型 STAR-T 及 In vivo 细胞治疗平台布局

本轮融资由正心谷资本领投,复旦科创跟投

2026-07-06 17:34

CDE:细胞治疗药品范围和归类技术指导原则(2026年版)资讯

CDE:细胞治疗药品范围和归类技术指导原则(2026年版)

本指导原则旨在明确我国细胞治疗药品的范围与归类,不影响现行药品注册分类。

2026-07-06 15:44

诺华15亿美元收购Myricx Bio,拥有N-肉豆蔻酰转移酶(NMT)独特药物开发机制资讯

诺华15亿美元收购Myricx Bio,拥有N-肉豆蔻酰转移酶(NMT)独特药物开发机制

2026年7月6日,诺华宣布与总部位于英国的生物技术企业 Myricx Bio达成收购协议,交易总金额最高可达 15 亿美元,其中 11 亿美元为前期现金对价,剩余为潜在里程碑付款。

2026-07-06 14:17

1998年-2025年全国经济人口卫生医保相关数据资讯

1998年-2025年全国经济人口卫生医保相关数据

2016年、2017年不含未整合的新型农村合作医疗参保人数,2018年起居民医保数据含整合后的新型农村合作医疗参保人数。

2026-07-06 11:16

海正药业:获产品独家授权许可协议,首付款4500万元资讯

海正药业:获产品独家授权许可协议,首付款4500万元

近日,海正药业发布公告,公司与艾缇亚(上海)制药有限公司签署产品独家授权许可及合作协议,引进由艾缇亚开发的化药1类创新药TISA-818系统给药制剂在合作区域(中国大陆、香港...

2026-07-06 11:04

IBD公益短剧《我和我们》首映:23集真实故事,看见被疾病遮蔽的人生资讯

IBD公益短剧《我和我们》首映:23集真实故事,看见被疾病遮蔽的人生

7月3日,全网首部聚焦炎症性肠病(IBD)患者群体的公益短剧《我和我们》在上海国泰电影院首映。该剧历时一年多打磨,以23集短剧体量,基于真实患者经历创作,探索疾病科普与公益...

2026-07-05 19:42

又一家上市药企实控人涉案资讯

又一家上市药企实控人涉案

6月24日,华恒生物(688639 SH)收到公司实际控制人、董事长、总经理郭恒华女士家属告知,其收到合肥市公安局蜀山分局的拘留通知书,公司实际控制人、董事长兼总经理郭恒华女士...

2026-07-05 13:24

国家药监局:将符合条件的细胞与基因治疗药品纳入创新药临床试验审评审批30日通道  资讯

国家药监局:将符合条件的细胞与基因治疗药品纳入创新药临床试验审评审批30日通道

国家药监局综合司公开征求《关于优化细胞与基因治疗药品审评审批有关事项的公告(征求意见稿)》意见。

2026-07-04 10:22

虚开价税合计金额1.89亿元,沈阳奥吉娜被取消挂网资讯

虚开价税合计金额1.89亿元,沈阳奥吉娜被取消挂网

近日,辽宁省公共资源交易中心发布《沈阳奥吉娜药业有限公司医药价格和招采信用评价结果》,沈阳奥吉娜失信等级被评定为“特别严重失信”,失信行为是存在让他人为自己虚开增值...

2026-07-03 15:14

石药创新与阿斯利康达成新型小干扰核酸候选药物BD合作,里程碑付款最高17.4亿美元资讯

石药创新与阿斯利康达成新型小干扰核酸候选药物BD合作,里程碑付款最高17.4亿美元

7月2日,晚间,石药创新发布公告,公司控股子公司石药集团巨石生物制药有限公司与阿斯利康于 2026 年 7 月 1 日签署《合作、选择权及授权协议》,将与阿斯利康在新型小干...

2026-07-03 11:42

翰宇药业的“雷”资讯

翰宇药业的“雷”

2025 年公司实现归属于母公司所有者的净利润约0 36亿元,未发生亏损,但因以前年度累计亏损金额较大,本年度盈利仍无法弥补以前年度的累计亏损,导致公司未弥补亏损金额超过实...

2026-07-03 10:35

赛诺菲中国创新与运营中心成都新址启用资讯

赛诺菲中国创新与运营中心成都新址启用

深耕中国市场,赋能本土创新

2026-07-02 18:03