CRISPR-Cas9是對微生物、動植物，以及人類基因組進(jìn)行修飾的強有力工具。在醫(yī)療保健領(lǐng)域，CRISPR-Cas9基因編輯為治愈遺傳病、癌癥，乃至心臟病等重大疾病帶來了前所未有的希望。但這一切的前提是DNA被正確的修飾，而沒有產(chǎn)生意外的變化。

在進(jìn)行CRISPR基因編輯時，脫靶性是一個重點關(guān)注的問題，因為這可能會破壞其他功能基因從而帶來嚴(yán)重后果。此外，在目標(biāo)位點附近導(dǎo)致基因組產(chǎn)生較大結(jié)構(gòu)突變（包括較大片段的缺失、插入、重排，乃至染色體碎裂），同樣是一個令人擔(dān)憂的問題。

迄今為止，已經(jīng)在細(xì)胞層面對CRISPR基因編輯的這些潛在風(fēng)險進(jìn)行了許多研究，但其對生物個體的影響仍然了解有限。

近日，瑞典烏普薩拉大學(xué)的研究人員在 Nature 子刊 Nature Communications 發(fā)表了題為：CRISPR-Cas9 induces large structural variants at on-target and off-target sites in vivo that segregate across generations 的研究論文。

該研究證實，CRISPR-Cas9基因編輯會導(dǎo)致DNA發(fā)生不可預(yù)見的結(jié)構(gòu)突變，而且這些結(jié)構(gòu)突變可以被下一代遺傳。 這項研究再次提醒了我們，將CRISPR-Cas9應(yīng)用于臨床治療前要謹(jǐn)慎和仔細(xì)驗證。

為了更好地了解非預(yù)期的CRISPR-Cas9基因組編輯結(jié)果對個體水平的影響，尤其是基因組結(jié)構(gòu)變異，研究團隊通過顯微注射RNP（gRNA+Cas9）對斑馬魚的受精卵進(jìn)行基因編輯，然后對這些編輯后的第一代斑馬魚和它們的下一代進(jìn)行基因組測序。

基因編輯后的驗證，通常使用短讀長或桑格測序進(jìn)行，這些方法能夠檢測到小片段的插入或缺失，這也是CRISPR-Cas9基因編輯最常見的結(jié)果，但可能無法檢測到更大的基因組結(jié)構(gòu)變異，而長讀長的納米孔測序可以更好地發(fā)揮作用。

研究團隊使用長讀長納米孔測序?qū)纱?100多條斑馬魚進(jìn)行基因組測序，以驗證CRISPR-Cas9對目標(biāo)位點附近和其他脫靶位點產(chǎn)生的編輯情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了大量各種類型的意外基因突變。

具體來說，CRISPR-Cas9基因編輯的第一代斑馬魚中大約6%出現(xiàn)了基因組結(jié)構(gòu)變異（插入或缺失片段≥50bp），這些結(jié)構(gòu)變異既有位于目標(biāo)位點的，也有位于脫靶位點的。

此外，該研究還發(fā)現(xiàn)，第一代斑馬魚出現(xiàn)的這些無法預(yù)料的基因組突變，遺傳給了后代，第二代斑馬魚中有26%攜帶了脫靶突變，9%攜帶了結(jié)構(gòu)突變。

這項研究還有一個重要發(fā)現(xiàn)，這些經(jīng)過CRISPR-Cas9基因編輯的第一代斑馬魚是嵌合型的，它們產(chǎn)生的生殖細(xì)胞同樣也是嵌合型的，而它們是在受精卵的單細(xì)胞階段進(jìn)行的基因編輯，理論上不應(yīng)該是嵌合型，這可能是由于受精卵后續(xù)分裂中繼續(xù)受到了基因編輯，或分裂產(chǎn)生的細(xì)胞產(chǎn)生了不同水平的DNA修復(fù)，從而導(dǎo)致了這種結(jié)果。

研究團隊表示，知道CRISPR-Cas9導(dǎo)致的這些意外突變是可遺傳的很重要，因為這些突變可能會對后代的生長產(chǎn)生長期影響。但需要指出的是，只有在對胚胎或生殖細(xì)胞進(jìn)行基因編輯時才會出現(xiàn)這種情況，目前的CRISPR基因編輯臨床試驗都是對特定的組織或器官進(jìn)行基因編輯，不涉及胚胎和生殖細(xì)胞。（生物谷 世聯(lián)博研Bioexcellence）

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