Cell Res:基因编辑CRISPR能成为新冠病毒利器?

2020-03-03 fbzhang 医药魔方Pro

自新型冠状病毒(SARS-CoV-2)疫情爆发以来,随着专家们的竞相研究,目前已发现有作用的治疗药物包括核苷类似物瑞德西韦(remdesivir)、抗疟疾及自身免疫性疾病药物氯喹(chloroquine)、抗HIV药物洛匹那韦/利托那韦(lopinavir / ritonavir)等,然而这些药物对SARS-CoV-2的作用有限,且是否能有效对抗病毒的不同变体尚未知。 2月18日,来自哈佛医学院

自新型冠状病毒(SARS-CoV-2)疫情爆发以来,随着专家们的竞相研究,目前已发现有作用的治疗药物包括核苷类似物瑞德西韦(remdesivir)、抗疟疾及自身免疫性疾病药物氯喹(chloroquine)、抗HIV药物洛匹那韦/利托那韦(lopinavir / ritonavir)等,然而这些药物对SARS-CoV-2的作用有限,且是否能有效对抗病毒的不同变体尚未知。

2月18日,来自哈佛医学院的研究人员在 Cell Research 上发表的一篇文章介绍了一种基于CRISPR技术来对抗SARS-CoV-2和其他RNA病毒以及这些病毒变体的潜在疗法[1]。

图片来源:Cell Research

 

研究人员对来自中国、美国和澳大利亚19例患者的SARS-CoV-2 RNA基因组进行了分析,发现这些病毒在序列上存在差异(图a),这些差异主要是单核苷酸变异。文章还展示了导致 SARS-CoV-2中ORF8(与驱动冠状病毒从蝙蝠迁移到人类身上有关)的氨基酸62和84位改变的单核苷酸变异例子(图b)。

 

 图片来源:Cell Research

 

这些患者样本的数据表明,SARS-CoV-2正积极获得新的突变,可能会使其具有逃避抗病毒药物的能力。这对传统药物和疫苗的开发提出了严峻挑战。其他致命的RNA病毒,如SARS病毒或MERS病毒也面临同样的问题。

 

CRISPR/Cas13d是一个RNA导向的RNA靶向CRISPR系统。在这里,研究人员建议使用该系统特异性“嚼碎”SARS-CoV-2的RNA基因组,从而限制其再生能力。Cas13d蛋白包含与病毒RNA基因组特异性互补间隔序列的导向RNAs(gRNAs)被选择用来切割SARS-CoV-2的RNA基因组(图c)。

 

图片来源:Cell Research

 

为了在功能上破坏病毒,研究人员将特别采用同时靶向病毒ORF1ab和S基因的gRNAs。ORF1ab基因编码ORF1ab多聚蛋白,参与病毒RNA的转录与复制,并具有蛋白酶、甲基转移酶等多个功能;S基因编码冠状病毒的表面糖蛋白,也称为棘突蛋白(Spike Protein),这类蛋白如同皇冠般分布在病毒的包膜上,“冠状病毒”由此得名,它们通过与人体内的ACE2蛋白质结合,直接介导病毒对宿主细胞的感染及融合。这些功能性蛋白质对病毒的感染与复制有着重要作用,单独或同时干扰其中一个或多个蛋白质的功能,抑制其活性,便能阻断病毒感染宿主细胞或在宿主细胞内自我复制的进程,从而起到治疗的效果。

 

CRISPR/Cas13d系统的一大优点是设计gRNA的灵活性,因为Cas13d的RNA靶向切割活性并不依赖于特定的相邻序列(如DNA编辑效应物Cas9的NGG序列)的存在。这一特性满足了快速开发gRNA以针对可以进化并可能逃避传统药物的不同病毒变体的要求。

研究人员共设计了10 333个gRNA,它们特异性靶向SARS-CoV-2病毒RNA基因组的10个肽编码区,而不影响人类转录组(图d)。

图片来源:Cell Research

腺相关病毒(AAV)具有良好的安全性,可以作为载体将Cas13d效应物传递给SARS-CoV-2感染患者。而Cas13d效应物较小的体积也适合于带有gRNA阵列的“一体化”AAV递送,因为AAV的最大装载容量大约只有4.7KB左右。具体来说,多达3个靶向SARS-CoV-2 RNA基因组不同肽编码区的gRNA可被打包进一个AAV载体(图e),这样能使系统更有效地清除病毒、预防耐药性。

图片来源:Cell Research

此外,肺部是SARS-CoV-2感染的主要器官,AAV具有对肺部高度特异性的血清型,因此可用于CRISPR系统的靶向传递。而Cas13d的表达可由组织特异性启动子驱动,实现对感染器官的精确治疗。类似的策略也适用于其他类型的RNA病毒。

综上所述,研究人员提议CRISPR/Cas13d系统可作为一种简单、灵活、快速的治疗和预防RNA病毒感染的潜在方法。不过,在将该系统用于患者治疗之前,需要进一步在动物模型中研究确定该系统清除SARS-CoV-2及其他RNA病毒的安全性和有效性。如果被证明是有效的,这种治疗方法将为全世界的患者提供更多的选择,以对抗那些有可能迅速进化和发展耐药性的威胁生命的病毒。

相关论文

[1] Tuan M. Nguyen, et al. Virus against virus: a potential treatment for 2019-nCov (SARS-CoV-2) and other RNA viruses. Cell Research (2020). http://sci-hub.tw/10.1038/s41422-020-0290-0

作者:白露

版权声明:
本网站所有注明“来源:梅斯医学”或“来源:MedSci原创”的文字、图片和音视频资料,版权均属于梅斯医学所有。非经授权,任何媒体、网站或个人不得转载,授权转载时须注明“来源:梅斯医学”。其它来源的文章系转载文章,本网所有转载文章系出于传递更多信息之目的,转载内容不代表本站立场。不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。
在此留言
评论区 (4)
#插入话题
  1. 2020-09-12 维他命
  2. 2020-03-05 yuandd
  3. 2020-03-04 公卫新人

    新冠肺炎,疫情何时才能消失

    0

相关资讯

Nature:先导编辑让分子剪刀迈向超**

近日,《自然》在线刊发了美国布罗德研究所教授刘如谦(David Liu)等研发的基因编辑新技术——先导编辑(prime editing)。

Adv Mater:基因“剪刀”可用于诊断疾病

CRISPR / Cas技术不仅可以改变基因:根据弗莱堡大学的一项研究,通过使用所谓的基因剪刀,可以更好地诊断癌症等疾病。

Circulation:中国专家研究新发现,基因编辑阻断高胆固醇血症家族遗传

“血管脂质严重沉积”“动脉粥样硬化”……常人印象中的“老年病”可能会出现在一整个家庭的年轻人中,因为他们罹患了家族性高胆固醇血症。

Circulation刊发中国专家新发现:基因编辑阻断高胆固醇血症家族遗传

“血管脂质严重沉积”“动脉粥样硬化”……常人印象中的“老年病”可能会出现在一整个家庭的年轻人中,因为他们罹患了家族性高胆固醇血症。中科院院士黄荷凤团队与中国科学院生物化学与细胞生物学研究所周斌团队合作研究率先发现,利用体外基因编辑技术可部分修复相关基因突变,使治疗家族性高胆固醇血症成为可能。这项研究成果发表在最新一期Circulation期刊上。家族性高胆固醇血症(FH)是一种常染色体显性遗传性疾

Review:基因编辑如何摆脱 “脱靶” 困扰

基因组编辑技术是当前生命科学研究的前沿领域。在多种不同的基因组编辑方法中,以 CRISPR/Cas9 系统最为便捷、高效,应用也最广泛。

Biogen以27亿美元与基因编辑公司Sangamo签署协议,再次在阿尔茨海默氏病领域巨额投资

Biogen在阿尔茨海默氏病领域进行了另一笔巨额投资,与基因编辑公司Sangamo签署了3.5亿美元的前期协议,以获得针对tau蛋白ST-501药物的权利。