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基因编辑胚胎 阻断遗传疾病——广医三院团队首次运用基因编辑修复人类胚胎板层状鱼鳞病致病基因

发布时间:2021.10.08 来源:生殖医学中心 发布人:医院办公室 点击数:1291

导言:近期,广州医科大学附属第三医院刘见桥教授团队联合上海中医药大学附属曙光医院童国庆教授团队、上海科技大学李广磊博士团队在国际知名期刊《Molecular Therapy》 (IF11.454)上共同发表一项最新研究成果(Correction of the pathogenic mutation in TGM1 gene by adenine base editing in mutant embryos,PMID: 33974999),利用腺嘌呤碱基编辑器高效修复TGM1型板层状鱼鳞病胚胎的致病基因。这一成果是腺嘌呤编辑系统用于人类胚胎修复的全球首次报道,给临床上修复致病胚胎、以及PGT检测无正常胚胎患者带来新希望。


板层状鱼鳞病lamellar ichthyosis,下文简称LI)是一种罕见的遗传病,目前尚无有效治愈方法。若父母携带LI缺陷基因,目前仅能通过早期胚胎诊断来阻止患儿的出生。如果能在胚胎层面修复有遗传缺陷的基因,LI这种遗传疾病是否能够被阻断呢?

近期,广州医科大学附属第三医院刘见桥教授团队联合上海中医药大学附属曙光医院童国庆教授团队、上海科技大学李广磊博士团队在国际知名期刊Molecular Therapy IF11.454)上共同发表一项最新研究成果(Correction of the pathogenic mutation in TGM1 gene by adenine base editing in mutant embryosPMID: 33974999,利用腺嘌呤碱基编辑器高效修复TGM1型板层状鱼鳞病胚胎的致病基因。这一成果是腺嘌呤编辑系统用于人类胚胎修复的全球首次报道,给临床上修复致病胚胎、以及PGT检测无正常胚胎患者带来新希望。

 

生育受限,修复缺陷基因阻断罕见遗传病

板层状鱼鳞病(LI)是一种常染色体隐性遗传病,临床表现为皮疹为大的灰棕色鳞屑,全身弥漫性红斑等,受感染的新生儿出生时通常包有火棉胶样。该病发病率约1/20万,属于罕见的遗传病,该病不会致死,但患者生活质量非常差,且目前没有有效的治疗手段。



LI是一种遗传异质性疾病,与ABCA12ALOXE3ALOX12BTGM1等基因相关,其中TGM1基因编码的转谷氨酰胺酶-1是参与形成并维持角化包膜的关键酶,TGM1基因突变是导致板层状鱼鳞病的主要原因。

目前,由于对LI的治疗没有有效办法,想要阻断该疾病,只能在携带致病基因的夫妻双方上,通过体外受精获得胚胎,在植入前对胚胎进行遗传学检测(PGT),以筛选健康的胚胎移植。但是,为筛选出健康的胚胎,PGT检测对形成囊胚的数量和质量提出了更高的要求,这也让一些获卵少、无囊胚形成的患者望而止步。基于此,研究人员一直在研究如何通过基因编辑技术,在胚胎层面精准修复LI的致病基因,从而实现修复患病胚胎的目的。

 

执着探索,科研团队利用基因编辑技术修复胚胎突变基因

广州医科大学附属第三医院刘见桥教授团队联合上海中医药大学附属曙光医院童国庆教授团队、上海科技大学李广磊博士团队利用两种腺嘌呤碱基编辑系统校正板层鱼鳞病TGM1突变基因,通过全基因组测序、深度测序和RNA测序验证了基因修复的有效性和安全性。



在一次偶然的机会下,科研团队遇到一对多次流产的夫妇。夫妇二人一路奔波,寻医问药无果。听从医生建议后,夫妇做了相关检查,发现二人均为板层状鱼鳞病基因TGM1C607T突变的携带者,这也解释了妻子多次流产的原因。在征得夫妇二人的知情同意后,团队保存了他们的遗传标本,为寻找治疗办法做准备。

根据疾病基因特点,科研团队首先构建TGM1C607T细胞模型,对比4种碱基编辑器:BEmax-AIDBEmax-A3A-Y130FAncBE4maxAncBEmax-NG在编辑靶基因和非靶基因的编辑效率,最后选择BEmax-A3A-Y130Fmt-sg1来构建基因缺陷型细胞系,获得100%编辑位点和0%非编辑位点的细胞系。接下来利用ABEmax-NGSc-ABEmax腺嘌呤碱基编辑器和不同长度的single guide RNAsgRNA)对突变细胞系进行修复。

那么,摸索好的组合是否可以纠正患病胚胎呢?带着这个疑惑,团队利用患者捐献的精子与不成熟卵成熟后,受精成为疾病携带型胚胎(患病胚胎),再分别将ABEmax-NGSc-ABEmax与对应的sgRNA组合注射进胚胎(图1)。

在实验后,经高通量深度测序,发现修复方案有约80%的修复效率(图2)。全基因组测序及潜在脱靶位点深度测序都表明两种修复方案的安全性(图3)。这意味着,利用腺嘌呤基因编辑成功修复了人类胚胎板层状鱼鳞病致病基因。


1. 技术流程图


2. 矫正人类胚胎中的致病突变基因

3. 修复后胚胎的安全性评价


与时俱进,基因编辑技术的临床应用仍需研究

该研究利用腺嘌呤碱基编辑器纠正TGM1基因点突变异常导致的板层状鱼鳞病胚胎,腺嘌呤碱基编辑器DNA脱靶少,RNA的脱靶也通过不断优化的蛋白进行了降低,安全性得到了提高,应用前景巨大。这也是腺嘌呤编辑系统用于人类胚胎修复的全球首次报道!

罕见遗传病种类繁多,是人类医学面临的巨大挑战之一,给患者和家庭带来巨大的痛苦和经济负担,同时大概率传给下一代,常规方法难以治愈。目前,中国罕见病患者可能超过1600万,有75%的罕见病见于孩童时期,近80%的罕见病是由于基因缺陷所致。若父母双方都是缺陷基因的携带者,他们如何孕育健康的后代将是一个巨大的难题。

基因治疗在源头上对基因进行修复,修复致病基因获得健康胚胎。随着基因编辑技术的不断发展,其可靠性,安全性越来越高,治疗成本不断降低,为其将来走向临床打下坚实的基础。但是,基因编辑技术还受到伦理问题和相关法律法规的限制,以及研究可靠性、安全性的验证等不少挑战,距离临床应用尚需更多研究。



通讯员:周学亮、张迅恺


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