基于crispr的策略可以恢复受Rett综合征影响的神经元

雷特综合征是一种罕见的进行性神经发育障碍，通常影响女孩，导致严重的智力残疾，运动技能丧失和自闭症样症状，目前没有治愈方法。Rett综合征是由X染色体基因MECP2的功能丧失突变引起的。女性通常有两个mecp2副本——每个X染色体上一个——在大多数Rett综合征病例中，只有一个副本有突变。这种疾病的发生是因为另一个正常的MECP2拷贝在神经元中被称为X染色体失活的过程关闭。

在杂志上发表的一篇论文中科学转化医学1月18日，Whitehead研究所创始成员Rudolf Jaenisch;哥伦比亚大学医学中心助理教授Shawn Liu，之前是Jaenisch实验室的博士后;刘实验室的研究生钱俊明;刘晓楠实验室博士后关晓楠等在实验室中显示，他们可以在Rett综合征神经元中重新激活MECP2的正常副本，这可以有效地恢复神经元功能。他们使用了一对改良的CRISPR工具来实现这一目标，他们设计了这种工具来帮助激活沉默的基因。研究人员希望这一策略可以发展成为治疗Rett综合征的成功疗法。

Jaenisch也是麻省理工学院的生物学教授，他说:“我们发现，Rett综合征的神经元有一个正常的疾病基因副本，但碰巧被关闭了，这是一个机会。”“我们的研究结果表明，重新激活这个基因副本可能是一个很好的治疗策略。”

修改CRISPR激活基因

CRISPR/Cas9是研究人员用来编辑基因的分子工具。当Liu还是Jaenisch实验室的博士后时，他和同事们开发了一种对CRISPR/Cas9的修改，该工具可以打开或关闭基因，而不是编辑它们。该工具通过移除来实现这一点甲基这些化学标签附着在DNA上，影响基因表达。研究人员使用他们的工具恢复了受脆性X染色体综合征影响的神经元神经发育障碍通过去除沉默的疾病基因FMR1的甲基化，主要导致男孩的智力残疾。

刘希望将该工具应用于其他疾病。他把目光放在雷特综合征上，因为它与脆性X染色体综合征有一些相似之处——它是一种由a突变引起的神经发育障碍单基因但同时也提出了一个新的挑战——重新激活失活X染色体上的一个基因。

X染色体失活是具有两条X染色体的人的细胞在发育过程中正常发生的过程。这些细胞拥有的大多数X染色体基因的副本是它们所需的两倍，这意味着如果两个副本都保持活跃，基因就会过度表达。因此，每个细胞会随机选择X染色体的一个拷贝，使其基因沉默。对于患有Rett综合征的人来说，这意味着在他们大约一半的神经元中，MECP2的正常拷贝被沉默，只留下突变的版本活跃。受影响的神经元具有较小的细胞体和非典型性电活动，从而导致Rett综合征的症状。

Liu和他的团队在重新激活MECP2的正常拷贝时面临的挑战是，X染色体失活是细胞中一个非常强大的强制系统，多层机制使基因沉默以防止它们的过度表达。当研究人员将他们现有的工具应用于Rett综合征神经元时，去除使MECP2沉默的甲基化，这确实在一定程度上增加了该基因的表达，但不足以恢复神经元的正常活动。研究人员假设，为了有效地恢复受Rett综合征影响的神经元，他们需要抵消至少一种沉默X染色体基因的其他机制。

两个工具比一个好

一组被称为逃脱者的X染色体基因提供了线索;这些基因不受X的影响染色体失活，所以它们的两个副本都保持活跃。逃脱基因通常与CTCF蛋白接壤。CTCF可以作为一种绝缘体，帮助隔离基因组的区域，以便基因调控在一个地区可以与邻近地区的监管分开。在X染色体逃逸的情况下，CTCF分子可能将它们与附近的基因沉默隔离开来。

该团队再次修改了CRISPR，这一次，它将CTCF添加到MECP2周围的锚点。他们没有将CRISPR与蛋白质Cas9配对作为编辑伙伴，而是将其与蛋白质Cpf1配对。每种蛋白质都使用不同的基因序列来识别它应该靶向的位置，这使得研究人员能够在不相互干扰的情况下将两种CRISPR工具结合起来。去除甲基化和添加CTCF的组合不仅大幅增加了MECP2的表达，而且还使神经元恢复到正常大小和电活动。结果表明，这种方法可以功能恢复受Rett综合征影响的神经元。

刘的实验室现在正在Rett综合征小鼠模型中测试这些工具，看看它们是否能恢复正常行为。研究人员还在研究如何使这些工具可用于人类，以便有朝一日用于治疗病人。当研究人员专注于推进他们在雷特综合征方面的工作时，他们希望其他实验室也能使用他们的工具包来解决其他与x相关的疾病。

“开发花哨的分子工具可能非常有趣，”刘说，“但当你弄清楚如何将这些工具应用于疾病背景，以对社会产生积极影响的方式时，这项研究变得更有意义。当我在鲁道夫的实验室训练时，他就强调了这一点，这每天都激励着我。”