Nature子刊：通过CRISPR/Cas9编辑基因可导致细胞毒性和基因组不稳定性

　　研究人员已经在基因组上确定了基因编辑可能导致不必要的反应的关键点，并为更安全的方法提供了建议。

　　

由ICREA研究员Fran Supek博士领导的IRB巴塞罗那的科学家们现在报告说，根据人类基因组的目标点，CRISPR基因编辑可能会导致细胞毒性和基因组不稳定。这种有害的影响是由关键肿瘤抑制蛋白p53介导的，并由编辑点附近的DNA序列和周围区域的各种表观遗传因素决定。

基因组数据科学实验室的研究人员使用计算方法分析了最受欢迎的为人类细胞设计的CRISPR库，并发现了3300个显示强烈毒性作用的靶点。这项发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上的研究还报告称，约15%的人类基因至少包含一个有毒编辑点。

“我们的工作解决了Cas9与tp53相关的毒性的一个重要问题，这是一个最近有争议的问题，它也提供了如何回避这个问题的指南。避免编辑这些“有风险”的点不仅会使CRISPR编辑更有效，更重要的是，更安全，”Supek博士解释道。

一个特定的基因可以被编辑到不同的位置。该研究的首席研究员米格尔-马丁博士(Miguel-Martin) álvarez说:“基因中对调控很重要的区域或具有特定的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，应该避免。”

p53介导的毒性和肿瘤发生

P53是一种蛋白质，被称为基因组的守护者。它能检测到DNA损伤，并导致细胞停止分裂，从而导致程序性死亡，从而防止它们复制和扩大DNA中的“错误”。因此，p53是一种对抗癌症和其他DNA损伤相关并发症的自然保护机制的基础。

CRISPR基因编辑通常需要同时切割两条DNA链。在某些情况下，这种操作可以触发p53反应，在这种反应中，编辑过的细胞可以被“标记”为受损，然后被消除，从而降低了基因编辑过程的效率。

然而，p53和基因编辑的主要并发症是，克服CRISPR编辑的细胞可能恰恰是因为p53功能的缺陷而做到这一点。也就是说，这些细胞检测DNA损伤和/或标记细胞程序性死亡的能力可能较弱。因此，基因编辑过程最终可能会有利于基因组不稳定的细胞群体，这意味着它们容易积累进一步的突变，从而增加罹患恶性肿瘤的风险。

“这种不必要的后果可能会引发基因组不稳定的风险，这在体外CRISPR疗法中是非常不可取的，在实验室中编辑来自患者的细胞，然后重新引入患者体内。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，并鼓励对这一问题的进一步研究，”Supek博士总结道。

这项研究得到了欧洲研究理事会和西班牙科学与创新部的资助。

Journal Reference:

1. Miguel M. Álvarez, Josep Biayna, Fran Supek. TP53-dependent toxicity of CRISPR/Cas9 cuts is differential across genomic loci and can confound genetic screening. Nature Communications, 2022; 13 (1) DOI: 10.1038/s41467-022-32285-1022).