/Cas9是一種基因編輯工具，它徹底改變了生物醫(yī)學(xué)研究，并導(dǎo)致了第一個獲得fda批準(zhǔn)的基于的基因治療。然而，直到現(xiàn)在，人們還沒有很好地理解這種工具是如何工作并避免產(chǎn)生有害的脫靶效應(yīng)的確切機(jī)制。現(xiàn)在，利用最先進(jìn)的技術(shù)，費(fèi)城兒童醫(yī)院（CHOP）的研究人員已經(jīng)確定了激活并發(fā)揮其基因編輯功能所需的幾個具體步驟。這些臨床前研究結(jié)果可能會改進(jìn)基于的基因編輯設(shè)計(jì)。研究結(jié)果發(fā)表在今天的《細(xì)胞化學(xué)生物學(xué)》雜志上。

基因編輯允許以其他方式在一個人的基因組上添加、刪除或改變遺傳物質(zhì)。在醫(yī)療保健領(lǐng)域，它有巨大的潛力來“糾正”構(gòu)成許多罕見和復(fù)雜疾病基礎(chǔ)的突變基因。然而，為了使基因編輯有效，它需要精確，并且只在預(yù)定的目標(biāo)上進(jìn)行編輯。

盡管自2020年以來，臨床試驗(yàn)已經(jīng)探索了通過脂質(zhì)納米顆粒將Cas9直接遞送給患者進(jìn)行基因編輯，但廣泛的適用性是具有挑戰(zhàn)性的。Cas9有可能在目標(biāo)基因之外進(jìn)行意想不到的基因組編輯，這可能是有害的，甚至可能使細(xì)胞癌變。因此，從患者身上取出的細(xì)胞在送回患者體內(nèi)之前，會被用于在體外進(jìn)行基因編輯。由于對基因編輯機(jī)制的不完全理解，這是一個昂貴且耗時(shí)的過程。

“我們一直懷疑，我們從基因編輯過程中從現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中看到的東西并沒有告訴我們整個故事，”資深研究作者 G. 博士說，他是CHOP計(jì)算和基因組醫(yī)學(xué)中心副教授，也是賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)和生物物理系副教授。

在這項(xiàng)研究中，研究人員使用了一種稱為核磁共振波譜的技術(shù)來可視化原子和蛋白質(zhì)，以及它們的動力學(xué)，以觀察它們?nèi)绾卧诓煌瑺顟B(tài)之間移動。這種方法允許研究人員觀察從非活性狀態(tài)到活性狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，以及實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變所需的步驟，如果沒有這種最先進(jìn)的設(shè)備，這是不可能的。

就像裝配線上的校對員一樣，中間的“監(jiān)視”結(jié)構(gòu)充當(dāng)著看門人的角色，調(diào)節(jié)著酶的DNA切割活動。這一步是區(qū)分非靶DNA序列和靶DNA序列的關(guān)鍵，Cas9蛋白與其可編程向?qū)NA相匹配，這是一個短序列，將DNA編輯引導(dǎo)到基因組中的精確位置。有許多Cas9的工程變體，高保真度的變體有利于識別靶DNA，并在這種情況下幫助穩(wěn)定“監(jiān)視”復(fù)合體，從而減少脫靶效應(yīng)，并確保以更精確的方式提供治療。

了解和Cas9如何運(yùn)作的這些潛在機(jī)制可能會導(dǎo)致更有效的基因編輯技術(shù)形式，包括將治療直接輸送到體內(nèi)的潛力，甚至可能改善其他療法，如CAR-T細(xì)胞療法。

說：“當(dāng)我們確定預(yù)先編程的Cas9復(fù)合物能正確地發(fā)揮作用時(shí)，以脂質(zhì)納米顆粒的形式直接編輯患者的靶細(xì)胞要容易得多。”“例如，使用技術(shù)進(jìn)行精確的基因編輯可用于直接修改患者的T細(xì)胞，這將使我們能夠簡化car -T和其他細(xì)胞療法的適應(yīng)。”

本研究的核磁共振波譜是在賓夕法尼亞大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究所進(jìn)行的，使用賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院和CHOP的共享儀器。