CRISPR-Cas9基因組編輯技術(shù)目前在動(dòng)植物中已被廣泛用于基因改造研究。其作為一種有前途的技術(shù)，也被期望作為矯正致病突變的工具用于臨床應(yīng)用，例如校正體細(xì)胞中與疾病相關(guān)的等位基因，以及糾正人類(lèi)胚胎中的致病突變以減輕胎兒和新生兒遺傳性疾病的負(fù)擔(dān)。然而，基因編輯的應(yīng)用最終取決于靶向雙鏈斷裂（DSB）觸發(fā)的DNA修復(fù)。目前，我們對(duì)人類(lèi)細(xì)胞中的修復(fù)機(jī)制仍然知之甚少，且其在不同的細(xì)胞類(lèi)型中會(huì)有所不同。
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近日，《Nature》雜志對(duì)發(fā)表在醫(yī)學(xué)類(lèi)預(yù)印本雜志《bioRxiv》上的三項(xiàng)評(píng)估早期人類(lèi)胚胎中基因校正可行性的研究成果進(jìn)行了綜述和點(diǎn)評(píng)。其研究結(jié)果均表明，使用CRISPR–Cas9修飾人類(lèi)胚胎的基因的突變修復(fù)效率低，鑲嵌率高，且可能對(duì)靶位點(diǎn)或其附近的基因組造成不必要的大變化。
doi: 10.1038/d41586-020-01906-4
具體來(lái)說(shuō)，6月5日，《bioRxiv》在線(xiàn)發(fā)表了來(lái)自英國(guó)倫敦弗朗西斯·克里克研究所的Kathy Niakan團(tuán)隊(duì)的研究成果。其使用CRISPR–Cas9對(duì)胚胎進(jìn)行POU5F1（該基因在成人組織中的異常表達(dá)與腫瘤發(fā)生有關(guān)）基因突變后，觀察到編輯后的細(xì)胞中雜合性喪失。在18個(gè)經(jīng)過(guò)基因組編輯的胚胎中，約22％出現(xiàn)了意外的基因組編輯結(jié)果。該細(xì)胞跨越目標(biāo)靶位點(diǎn)POU5F1以外的區(qū)域，以及POU5F1基因所在的6號(hào)染色體的片段均存在缺失和重排，影響了POU5F1周?chē)罅康腄NA片段。
在POU5F1靶向胚胎樣本中，6號(hào)染色體的片段缺失/增加是普遍的
6月20日，該雜志發(fā)表了來(lái)自美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的干細(xì)胞生物學(xué)家Dieter Egli領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)對(duì)人類(lèi)胚胎進(jìn)行CRISPR–Cas9研究的成果。形成該胚胎的精子在EYS2的基因中攜帶導(dǎo)致失明的突變，而研究人員試圖利用CRISPR–Cas9糾正該突變。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，胚胎細(xì)胞中最常見(jiàn)的DNA修復(fù)結(jié)果是微同源性介導(dǎo)的末端連接，其導(dǎo)致胚胎的閱讀框發(fā)生非鑲嵌式恢復(fù)。然而，其中大約一半的斷裂會(huì)未被修復(fù)，導(dǎo)致胚胎丟失了EYS所在染色體的很大部分，有時(shí)甚至是整個(gè)染色體。
Cas9 RNP注入雙細(xì)胞期胚胎后染色體丟失和嵌合體
同日，來(lái)自美國(guó)俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)的生殖生物學(xué)家Shoukhrat Mitalipov團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn)，基因轉(zhuǎn)化和NHEJ是植入前人類(lèi)胚胎中的兩種主要DNA DSB修復(fù)機(jī)制。在雜合性人類(lèi)胚胎中的突變等位基因的DSB，通過(guò)使用完整野生型同源物作為模板在多達(dá)40％的目標(biāo)胚胎中可通過(guò)基因轉(zhuǎn)化來(lái)修復(fù)，而靶向純合基因座可促進(jìn)非同源末端連接（NHEJ）與基因轉(zhuǎn)換的相互作用，并導(dǎo)致在兩個(gè)基因座上均攜帶相同indel突變的胚胎。盡管基因轉(zhuǎn)換可用于基因校正，但其也會(huì)導(dǎo)致廣泛的雜合性（LOH），帶來(lái)了嚴(yán)重的安全隱患。
MYBP3胚胎基因轉(zhuǎn)化導(dǎo)致的LOH
這三項(xiàng)研究均顯示出CRISPR基因編輯會(huì)導(dǎo)致胚胎染色體發(fā)生混亂，產(chǎn)生較大的DNA缺失和重排，這一結(jié)果也增加了科學(xué)家們對(duì)可遺傳基因組編輯的安全性擔(dān)憂(yōu)
參考資料：
[1] CRISPR gene editing in humanembryos wreaks chromosomal mayhem
[2] Frequent loss-of-heterozygosityin CRISPR-Cas9-edited early human embryos
[3] Reading frame restoration at theEYS locus, and allele-specific chromosome removal after Cas9 cleavage in humanembryos
[4] FREQUENT GENE ConVERSION IN HUMANEMBRYOS INDUCED BY DOUBLE STRAND BREAKS
110102000668（1）號(hào)