当心！Nat Commun发文：CRISPR/Cas9基因编辑可能导致细胞毒性和基因组不稳定性
2022-08-26 科研转化 科研转化
CRISPR基因编辑通常需要切割两条DNA链。在某些情况下，这种操作会引发p53反应。在这种反应下，受到基因编辑的细胞会被“标记”为受损，然后被清除，从而降低基因编辑过程的效率。
CRISPR/Cas9，俗称“基因剪刀”，是一种精确的基因编辑技术。它允许将所需的DNA序列引入到基因组的（几乎）任何位置，从而修改或灭活一个基因。这种技术被广泛用于生物医学研究，而且一些基于CRISPR/Cas9的疗法正在进行临床试验，用于治疗人类血液疾病、某些类型的癌症和HIV感染以及其他疾病。
在一项新的研究中，西班牙巴塞罗那生物医药研究所研究员Fran Supek博士及其研究团队报告说，根据人类基因组的靶序列位点，CRISPR/Cas9基因编辑可以引起细胞毒性和基因组不稳定性。
这种不想要的影响是由关键的肿瘤抑制蛋白p53介导的，并由编辑位点附近的DNA序列和周围区域的多种表观遗传因子决定。相关研究结果于2022年8月4日发表在Nature Communications期刊上，论文标题为“TP53-dependent toxicity of CRISPR/Cas9 cuts is differential across genomic loci and can confound genetic screening”。
利用计算方法，这些作者分析了为人类细胞设计的最受欢迎的CRISPR文库，并检测到了3300个显示出强烈毒副作用的靶序列位点。他们还报告说，大约15%的人类基因含有至少一个显示出毒副作用的编辑位点。
Supek博士解释说，“我们的研究解决了与TP53相关的Cas9毒副作用的一个重要问题---也是最近有一些争议的问题，它也提供了如何回避这个问题的指南。避免在这些‘风险’位点上进行编辑，不仅会使CRISPR编辑更有效，更重要的是更安全。”
一个特定的基因可以在不同的位点被编辑。论文第一作者、巴塞罗那生物医药研究所的Miguel-Martin Álvarez博士说，“基因中对调节很重要或有某些表观遗传标记的区域是最有可能触发p53反应的区域，因此，作为一般建议应避免使用。”
p53介导的毒性和肿瘤发生
p53是一种被称为基因组守护者的蛋白。它检测DNA损伤并引导细胞停止分裂，并可导致程序性死亡，从而防止它们增殖和扩大其DNA中的“错误”。因此，p53是一种预防癌症和其他DNA损伤相关并发症的天然保护机制。
TP53野生型背景可能会混淆基因筛选中基因选择的估计，图片来自Nature Communications, 2022, doi:10.1038/s41467-022-32285-1。
CRISPR基因编辑通常需要切割两条DNA链。在某些情况下，这种操作会引发p53反应。在这种反应下，受到基因编辑的细胞会被“标记”为受损，然后被清除，从而降低基因编辑过程的效率。
然而，关于p53和基因编辑的主要复杂情况是，克服CRISPR编辑的细胞可能正是因为p53功能缺陷而做到这一点。也就是说，这些细胞可能不太能够检测到DNA损伤和/或对细胞进行标记随便随后遭受程序性死亡。因此，这种基因编辑方法最终可能有利于具有不稳定基因组的细胞群体，这意味着它们容易积累进一步的突变，从而增加出现恶性肿瘤的风险。
Supek博士总结道，“这种不想要的后果可能会招致基因组不稳定的风险，这在体外CRISPR疗法中是非常不可取的，在这种疗法中，患者的细胞在实验室中接受基因编辑，并重新引入患者体内。我们希望我们的研究为如何设计更安全的CRISPR试剂提供一些指导，并鼓励对这一问题进行进一步研究。”
参考资料：
Miguel M. Álvarez et al. TP53-dependent toxicity of CRISPR/Cas9 cuts is differential across genomic loci and can confound genetic screening. Nature Communications, 2022, doi:10.1038/s41467-022-32285-1.
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