最近的研究表明，使CRISPR基因编辑治疗成为遗传性血液相关疾病(如镰状细胞性贫血，地中海贫血和原发性免疫缺陷综合征)的可行选择存在潜在障碍。干细胞可能会通过关闭来对其基因进行编辑做出反应 - 试图绕过这个障碍可能会增加患癌症的风险。
现在，研究人员的一项研究表明，可以采取一种方法来绕过这些并发症。该团队发现，使用更精确的基因编辑技术可以减少DNA中断，可以控制干细胞的自然损伤 - 反应途径。该研究结果于3月21日发表在Cell Stem Cell杂志上。
“基因组编辑是干细胞精确基因工程的一种非常强大的策略，但它需要一个复杂的程序，”共同资深作者Pietro Genovese说，他是米兰San Raffaele Telethon基因疗法研究所的科学家。“尽管其巨大的治疗潜力和完善基因编辑平台的不断进步，编辑过程的功能性后果尚未完全阐明。”
成功进行基因组编辑的障碍之一就是p53，这种蛋白质通常被称为“基因组的守护者”，因为它在保护DNA稳定性和预防突变方面发挥着重要作用。当CRISPR编辑基因时，它会切割特定位置的两条DNA链。但是这些双链断裂可以向p53发出信号，表明出现了问题。然后蛋白质开始起作用并阻止细胞增殖。当细胞被用作潜在疗法时，这与所需的相反。然而，永久性地关闭p53以防止这种防御机制可能导致肿瘤的形成;有缺陷的p53与大约一半的癌症有关。
米兰的团队找到了解决这种不良后果的方法。基因编辑使用核酸酶作为“遗传剪刀”来诱导DNA断裂，然后使用腺相关病毒载体来递送校正序列。但是当这些剪刀不够具体时，它们可能会在许多其他地方切割DNA。研究人员使用高度特异性核酸酶和载体的组合，仅在造血干/祖细胞(HSPCs)的DNA中引入所需的断裂。
“我们发现基因编辑对HSPC的影响在很大程度上取决于所使用的设计师核酸酶的精确度，”另一项研究共同资深作者和San Raffaele Telethon基因疗法研究所所长Luigi Naldini说。“如果核酸酶不是高度特异性的，因此不仅在预期的靶标上切割DNA，而且在一些额外的脱靶位点切割DNA，我们确实看到强烈和延长的p53反应导致对不可逆的细胞停滞的不利影响。
“另一方面，”他补充说，“如果核酸酶是高度特异性的 - 我们使用高度纯化的试剂和优化的方案 - 我们只看到对细胞增殖的短暂影响。这看起来是完全可逆的并且与维持兼容造血干细胞的重要生物学特性。“
“早期的研究指出了在编辑时选择p53失活突变的理论风险，从而突出了与基因编辑程序相关的可能的致瘤风险，其方式可能会危及其治疗潜力，”研究第三研究所的Raffaella Di Micco说。 - 作者，负责San Raffaele Telethon基因治疗研究所的实验室。“我们的研究表明，HSPCs可以很好地耐受一个或几个DNA断裂，只有短暂的p53激活，对其功能的影响有限(主要表现为延迟增殖)。当高度特异性的”基因剪刀“时，这种细胞反应会稍微延长。与腺相关病毒载体联合使用，提供校正DNA序列。但是，
“HSPCs中基因编辑的另一个主要挑战是HSPC中同源重组的效率相对较低，这是引入修复模板提供的修正序列所必需的，”Naldini总结道。“我们和其他近期报道中描述的新技术已经大大缓解了这一障碍。”
研究人员表示，这项工作为基因工程在HSPCs中的可行性和有效性提供了分子证据。这使他们相信该技术将成功转化为人体试验。
这项工作得到了Telethon，卫生部和人类前沿科学计划(HFSP)长期/跨学科奖学金的资助。它还得到了ATIP-Avenir计划(法国Inserm / CNRS)，法国癌症研究协会(法国ARC基金会)，Ospedale San Raffaele的试点和种子基金以及FIRC-AIRC奖学金的支持。
Luigi Naldini已获得Editas Medicine的资助，用于与此处报道的工作不同的协作基因编辑项目。他还是Sangamo Therapeutics科学顾问委员会的成员。Luigi Naldini和Pietro Genovese是关于在San Raffaele科学研究所和Telethon基金会拥有和管理的HSPC基因治疗中应用基因编辑的专利的发明者，其中包括最近提交的关于在基因编辑中使用p53抑制剂的专利申请。这项研究的作者。
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