Nature：严重停顿!应用碱基编纂让致病性血红卵白有害化，无望医治镰状细胞病

2021年6月4日讯/100医药网BIOON/---人体内的血红卵白是红细胞中运输氧气的特别卵白质，由珠卵白和血红素构成。珠卵白含有4个亚基（α2β2），每个亚基连贯1个称为血红素的辅基分子。血红卵白基因（HBB）的点渐变招致异常血红卵白的发生。已发现数百种异常血红卵白，此中只有一小部门惹起疾病产生，最罕见也最相识的疾病是镰状细胞病（SCD）。

SCD是一种罕见的致命性常染色体隐性遗传病，由HBB基因渐变惹起。这种疾病每年影响全天下30多万名重生儿。它招致了患者的慢性痛苦悲伤、器官衰竭和晚期灭亡。

镰刀状红细胞，图片来自Stocktrek Images, Inc. / Alamy Stock Photo。

在一项新的研讨中，由来自美国布罗德研讨所和圣犹年夜儿童研讨病院的研讨职员引导的一个研讨团队证明一种碱基编纂办法可能高效地校订患者造血干细胞中和小鼠体内招致SCD的基因渐变。这种基因编纂医治应用碱基编纂将致病性的血红卵白基因转化为良性的基因变体，抢救了SCD植物模子中的疾病症状，使安康的血细胞得以耐久地发生。相关研讨成果于2021年6月2日在线颁发在Nature期刊上，论文题目为“Base editing of haematopoietic stem cells rescues sickle cell disease in mice”。

SCD的本源是患者携带血红卵白基因HBB的两个渐变拷贝。这两个渐变拷贝招致红细胞从圆盘状转变为镰刀状，引发一连串变乱，终极招致器官毁伤、复发性痛苦悲伤和晚期灭亡。在这项研讨中，这些作者使用了一种称为碱基编纂的分子技术，在人类造血干细胞中和SCD小鼠模子体内间接将致病性的HBB基因（HBBS）转换成有害的望加锡（Makassar）HBB基因变体（HBBG）。

论文独特通信作者、布罗德研讨所梅金医疗转化技术研讨所主任、哈佛年夜学传授、霍华德-休斯医学研讨所研讨员David Liu说，“咱们可能在细胞模子和植物模子中使用定制的碱基编纂器来校订致病性的基因变体，而不必要诱导双链DNA断裂或在基因组中拔出新的DNA片断。这是一项严重的团队尽力，咱们愿望碱基编纂将为SCD医治战略提供一个有愿望的根底。咱们的研讨阐明了多学科单干在开辟基于机制的新型遗传疾病医治办法方面的力气和和兴奋点。特殊是，咱们联合了卵白质工程、碱基编纂和红血球生物学方面的业余常识，从而构建出一种医治和能够治愈SCD的新办法。”

一种改良的办法

今朝，治愈SCD的独一既定办法是骨髓移植，但为患者找到适宜的骨髓捐献者是很困难的，并且承受移植的患者能够会呈现风险的反作用。尽管有一些正在开辟的基因编纂疗法通过间接批改患者本身的骨髓来防止这些危险，然则这些试验性疗法依赖于引入新的DNA或切割细胞中的基因组DNA，这也能够招致不良影响。

HBBS→HBBG碱基编纂加重小鼠SCD模子的病理。图片来自Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-03609-w。

在这项新的研讨中，这些作者使用了所谓的腺嘌呤碱基编纂器（adenine base editor）ABE8e-NRCH，这是Liu试验室开辟的一种分子对象，可以靶向特定的基因序列，将DNA碱基对A-T转换为G-C，从而在单对核苷酸的程度上改动一个基因。该研讨中使用的碱基编纂器由试验室退化的Cas9卵白变体（一种CRISPR相关卵白，将碱基编纂器定位在基因组中产生渐变的HBB位点）和一种试验室退化的将目的碱基A转换为碱基C的酶（即TadA-8e）构成。这种碱基编纂器还领导细胞修复互补的DNA链，实现目的A-T碱基对向G-C的转换。

在SCD中，编码 β-珠卵白第6位氨基酸的 GAG (Glu) 暗码子渐变为致病性的 GTG (Val)暗码子。尽管ABE8e-NRCH不克不及逆转这种单碱基变动，然则它可以将这种致命性的GTG暗码子中的T转化为C，从而将这种风险的血红卵白转化为一种自然产生的称为“望加锡血红卵白（hemoglobin Makassar）”的非致病性变体。

在模子中进行编纂

这些作者起首将ABE8e-NRCH导入从人类SCD患者体内拆散出的造血干细胞。在这些试验中，高达80%的致病性血红卵白变体被胜利编纂成良性的望加锡血红卵白，并且这种碱基编纂器少少招致血红卵白产生不想要的变动。

他们随后将这些颠末碱基编纂的造血干细胞移植到SCD小鼠模子中，察看它们在活体植物中的功效。16周后，这些颠末碱基编纂的造血干细胞仍旧发生安康的血细胞。

论文独特第一作者、布罗德研讨所的Gregory Newby解释说，“在移植16周后，在造血干细胞中坚持的编纂总频率为68%---究竟，这些干细胞能够在它们的两个HBB基因拷贝或许只在它们的一个拷贝中产生编纂，或许在它们的两个拷贝中都没有产生编纂。咱们特殊兴奋地察看到，近90%的造血干细胞至多含有一个颠末编纂的HBB拷贝（下称编纂拷贝）。即便是那些只有一个编纂拷贝的造血干细胞也仿佛遭到了维护，不会呈现病变。”