阿尔茨海默病治疗新方向！《自然》子刊：直接跳过“毒性”基因有特效

学术经纬

2024-12-26 08:05发布于江苏药明康德旗下药明在线官方账号

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划重点

01伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的Pablo Perez-Pinera教授发现了一种特殊的基因编辑工具SPLICER，可实现对特定外显子的直接跳跃。

02研究结果显示，SPLICER在阿尔茨海默病致病相关基因——淀粉样前体蛋白(APP)编码基因上的应用有效减少了毒性淀粉样β蛋白生成。

03除此之外，SPLICER在多个外显子中的跳跃效率相较于传统工具有所提升。

04未来，这种基因编辑方法在阿尔茨海默病、帕金森病等疾病的治疗领域具有很大潜力。

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▎药明康德内容团队编辑 

许多疾病的发生与异常的基因突变有关，当突变发生在基因外显子区域时，会直接导致基因编码的蛋白序列紊乱，产生的蛋白可能功能失调或造成细胞毒性。通常情况下，科学家会尝试清除或中和掉已经形成的有害蛋白，来减轻疾病严重程度；此外，另一项策略则是直接对出现错误的DNA片段进行编辑和修改，让蛋白编码重回正轨。

来自伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的Pablo Perez-Pinera教授长期致力于基因编辑相关的研究，但与直接改变错误序列的常规方式不同，他与同事认为跳过错误的外显子区域或许同样具备治疗潜力。Perez-Pinera教授用做菜作了一个比喻：当菜谱上出现一个材料错误时，直接按配方做可能会产生奇怪的味道甚至有毒；但如果只是跳过这种材料，食物最终只是缺乏了某种风味但仍可食用。

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图片来源：123RF

在近期的《自然-通讯》杂志上，Perez-Pinera教授和同事就展示了这样一种特殊的基因编辑工具SPLICER，它在CRISPR/Cas9的基础上改造而来，能够实现对特定外显子的直接跳跃。研究在阿尔茨海默病致病相关基因——淀粉样前体蛋白（APP）编码基因上对SPLICER的效果进行了测试，结果显示SPLICER可以有效减少毒性淀粉样β蛋白生成，并且没有产生脱靶效应。在经过处理的小鼠体内，目标外显子水平减少了25%。

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根据论文介绍，在CRISPR/Cas9编辑工具中，与目标DNA序列相邻的一小段DNA序列被称作原间隔序列邻近模块序列（PAM），它对于Cas9蛋白识别靶序列很关键。但同时，过度依赖PAM来实现编辑功能，也在一定程度上限制了CRISPR/Cas9在更多外显子场景中发挥作用。

在新研究中，作者对各种更新版本的Cas9酶进行了测试和分析，他们挑选了一类SpRY Cas9酶。相较于野生型Cas9，这种酶的优势是对PAM的依赖度很低，可以编辑更多数量的靶标。

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▲SPLICER可以实现更高效的外显子跳跃（图片来源：参考资料[1]）

此外，在外显子起始两端分别存在一个关键序列区域，能够保证细胞自体的基因机制来判断外显子的位置。过往的外显子跳跃工具通常会靶向其中一个序列，这样可能会遗漏掉一些目标外显子，或者没有完整地实现跳跃。而SPLICER则可以同时靶向外显子起始两端的序列，有效提升了外显子跳跃效率。作者测试了SPLICER在数个外显子中的效果，以JAG1外显子为例，与只靶向外显子一侧序列相比，SPLICER的外显子跳跃率提升了28%~37%。

随后，研究进一步探索了SPLICER在疾病场景下的应用价值，他们关注了与阿尔茨海默病发生密切相关的APP基因，并选择性地跳过了APP的外显子17。通常情况下，APP蛋白会被β/γ分泌酶处理生成Aβ42多肽，而这个切割位点恰好位于APP外显子17区域。

根据分析结果，SPLICER同样可以比单独靶向工具更有效地跳跃APP外显子17，同时SPLICER可以将异常剪接事件减少50%以上，避免过早出现终止密码子，或部分保留内含子的不利影响。此外，SPLICER可以使细胞中的Aβ42水平下降约70%。在AD模型小鼠中，作者借助腺相关病毒载体将SPLICER注射到了小鼠的海马体中，这种方式可以使APP外显子17减少约25%，有效减少了Aβ42多肽在海马体中的产生。

研究团队总结道，外显子跳跃可以在新产生的蛋白仍然维持功能的情况下使用。对于阿尔茨海默病、帕金森病，这种方法具有很大的治疗潜力，可以帮助避免有害蛋白在大脑中过度累积。

参考资料：

[1] Miskalis, A., Shirguppe, S., Winter, J. et al. SPLICER: a highly efficient base editing toolbox that enables in vivo therapeutic exon skipping. Nat Commun 15, 10354 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-54529-y

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