通过在不改变原始DNA序列的情况下,沉默负责调节“坏”胆固醇的基因,研究人员已经证明,有可能使用表观遗传编辑来治疗疾病,而不是传统的DNA断裂基因编辑技术,后者有可能产生意想不到的影响。
因为同卵双胞胎是由一个受精卵发育而来的,所以它们有相同的基因组,即生物体中发现的整套遗传物质。因此,它们之间的任何差异,即使是在具有显著遗传成分的特征上(比如一个患上心脏病,另一个不会)都是由于它们所处的环境。这就是所谓的表观遗传学。
DNA中的基因在被读取并转录成RNA时被“表达”,RNA随后被翻译成蛋白质。正是蛋白质决定了细胞的许多特征和功能。表观遗传变化可以促进或抑制特定基因的转录,增加或抑制相关蛋白质的产生,但它们不会改变基因组。这些变化是可逆的,可以影响一个人的一生,并调节基因和环境之间的终身对话。
在一项新的研究中,来自意大利米兰IRCCS圣拉斐尔科学研究所的研究人员展示了一种表观遗传编辑方法,该方法可以在不改变基因组的情况下沉默小鼠体内的胆固醇调节基因。
利用基因组编辑技术对DNA进行精确的改变,比如CRISPR技术(所谓的“基因剪刀”)是一种很有前途的治疗疾病的方法。然而,破坏DNA有可能导致意想不到的结果,比如基因突变和脱靶效应,破坏非目标基因的功能或调节。而表观遗传编辑是一种很有吸引力的选择,它可以在不改变基因组的情况下修改、修饰DNA的化学基团。
研究人员以Pcsk9基因为目标,该基因为制造一种蛋白质提供指令,Pcsk9有助于调节血液中胆固醇的含量。PCSK9控制细胞上低密度脂蛋白(LDL或“坏”胆固醇)受体的数量,这些受体与LDL结合,将其从血液中清除。抑制PCSK9释放更多的受体来清除低密度脂蛋白胆固醇,降低其水平。在筛选了不同的DNA结合平台后,研究人员发现,锌指蛋白在沉默小鼠PCSK9方面最有效。
他们使用脂质纳米颗粒(LNPs)将表观遗传编辑机制传递到肝脏,因为肝脏中LDL胆固醇受体特别丰富。其中一剂实现了Pcsk9的沉默,Pcsk9蛋白的循环水平几乎减少了一半,持续近一年。“Epi-silencing”抑制了高达75%的Pcsk9,其表现与传统的基因编辑一样,不会导致潜在的破坏性DNA断裂,从而使所需基因失活。
研究人员表示,他们的原理证明表观遗传沉默方法开启了令人兴奋的基因治疗可能性,值得进一步研究。
这项研究发表在《自然》杂志上。
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