遭遇P53 CRISPR改造的干细胞增加潜在致癌风险?

 Thu Jun 14 15:28:49 CST 2018 A- A+

近日,《Nature Medicine》期刊上发表的两篇论文引起了业内热议,一时间,开发CRIPSR技术的几个公司的股票都下滑了10%左右。来自知名科研机构瑞典卡洛林斯卡研究所剑桥诺华生物医学研究院的两个独立团队发现:经过基因编辑成功改造的细胞很可能会成为潜在的癌细胞!

但实际上,这两篇文章在去年七八月份已经发表在预印本杂志bioRxiv上,且诺华要比卡洛林斯卡研究所早一个月。然而当时似乎并没有引起太多的关注。

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众所周知,作为一款革命性的基因编辑工具,CRISPR/Cas9在许多细胞类型中都有着很高的效率,但相对于肿瘤细胞或者小鼠胚胎干细胞来说,CRISPR/Cas9对部分细胞,如极具潜能的人多能干细胞(hPSC)编辑的最终成功率却十分低,一般低5-20倍(诺华的研究人员计算出的数据为17倍),而其中原因并不清楚。

由诺华、艾伯维和Blueprint共同参与的第一篇论文中,研究人员利用CRISPR敲除人多能干细胞(hPSC)的基因时发现:如果p53功能健全,多数细胞会被杀死(编辑失败),而成功编辑的存活细胞大多是p53通路功能存在障碍的。

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来自卡洛林斯卡研究所的科学家在实验过程中采用的是被称为RPE1的非肿瘤细胞诱导干细胞(视网膜色素上皮细胞),但得出的结论与第一篇论文大体一致:CRISPR/Cas9基因编辑导致的DNA双链断裂会激活p53-p21通路,诱导细胞周期的停滞,导致基因编辑的失败。而且,在DNA双链被成功切断之后,Cas9蛋白还会在切断位点停留长达6个小时的时间,也就是说,会延误正常的DNA损伤修复,加剧了DNA双链断裂带来的影响。

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以上,似乎已经阐明了p53在CRISPR/Cas9介导的部分细胞编辑的效率低的作用机理:p53正是基因编辑高效成功的最大决策者!如果p53存在且功能健全,那么CRISPR能够激活p53引发DNA损伤,致使基因编辑失败。要么p53不存在或通路功能存在障碍,编辑成功的细胞存在癌变的风险。

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提起p53(TP53编码p53),想必圈内人士应该再熟悉不过了。作为人体抑癌基因,它几乎掌管着人类的生杀大权,从营养代谢、DNA的修复,到细胞的衰老、恶变和死亡,p53无处不在。通常情况下,p53会保持低调,一旦细胞情况不妙,p53马上就挺身而出,其具有帮助DNA修复、调节细胞周期,DNA损伤修复等很多功能。此外,p53还负责启动细胞凋亡程序,让细胞走得有尊严。

到此,联系以上两篇论文。CRISPR/Cas9和p53的相遇似乎是一段孽缘,似乎只能在失败和癌变中选择其一。

但许多行业专家们指出,这绝非CRISPR基因编辑技术的末日。首先,我们尚未在小鼠实验中看到由于CRISPR基因编辑导致的肿瘤爆发,因此这两篇论文的发现可能在临床上的负面影响有限。此外,这一风险并不是无法解决的。

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2018年5月,CRISPR技术的主要发明人之一、博德研究所核心研究员张锋教授和David Liu 教授等人共同创立 Beam Therapeutics,将以革命性的基因编辑技术开发精准的遗传疗法。值得一提的是,这家新锐也是首个利用CRISPR单碱基基因编辑技术开发全新疗法的公司。且公司成立当日即宣布完成了高达8700万美元的A轮融资。

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更重要的是,与传统的CRISPR技术不同,碱基编辑能够精准定位、直接编辑基因组中单个碱基,并不需要切断DNA或者RNA。

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该公司的单碱基编辑技术是CRISPR基因编辑工具的全新应用:一方面,其能特异性靶向基因组中任意位点的CRISPR酶。我们可以通过使用不同的酶,来靶向DNA或RNA;另一方面,这类能修改碱基的酶,与经典的CRISPR基因编辑技术不同,这种酶主要涉及对碱基的化学修饰,不会切开DNA或RNA,也就是说,安全性方面更具信赖性。

而不依赖于双链DNA断裂的CRISPR基因编辑技术,则有望能规避以上两项研究所提及的这一风险。

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此外,在接受STAT采访时,CRISPR Therapeutics的首席执行官-Sam Kulkarni博士表示,研究结果“似乎合理”,我们需要提高警惕,以确保经过基因编辑并回输到患者体内的细胞不会产生致癌作用。

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CRISPR的主要开发者之一,Intellia也发表声明表示:他们对HSC(造血干细胞)和T细胞进行的基因编辑以及在小鼠52周体内敲低转甲状腺素(TTR)从未发现这种现象。且到目前为止,其它开发该技术的企业和研究组也很少发现CRIPSR的致癌作用,其中一个原因可能是大规模动物试验不多、时间周期也不够长。另外,也有人指出如果只是切断变异基因p53的干扰不会太大,但如果需要切断变异基因又需要植入健康基因则p53会成为一个因素。

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论文的主要作者,卡洛林斯卡研究所的Bernhard Schmierer博士表示,这些都是十分早期的研究,只是算的上是“初步成果”,关于其是否会影响到临床应用中实际使用的细胞,还不清楚。此前在实验室中进行的研究,从未发现CRISPR导致的癌症,也在一定程度上说明了问题。

综上所述,我们应该以一种客观的态度去看待这项突破性的、潜力无限的生物技术,CRISPR不是所谓的“基因魔剪”,它同样存在着缺陷与风险。需要更多的研究人员去发现并解决这个问题,只有建立在对这项技术的认识不断加深的基础之上,我们才能更准确地评估基于CRISPR技术的治疗的安全性和有效性,更自信地迈向在属于基因疗法的颠覆时代。

毕竟CRISPR的潜力并不会止于此,正如英国肯特大学遗传学教授Darren Griffin所说:“这项工作提供了谨慎的理由,但不一定是警报。”

原标题:遭遇P53,CRISPR改造的干细胞增加潜在致癌风险?张锋等三位大神携单碱基编辑技术「打破恐慌」丨医麦新观察

参考出处:

http://www.iflscience.com/health-and-medicine/studies-find-crispr-may-increase-cancer-risk-but-thats-not-all-there-is-to-the-story/all/

https://www.statnews.com/2018/06/11/crispr-hurdle-edited-cells-might-cause-cancer/

https://beamtx.com/science/

https://www.nature.com/articles/s41591-018-0050-6

https://www.nature.com/articles/s41591-018-0049-z

doi: https://doi.org/10.1101/168443

doi: https://doi.org/10.1101/180943

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