生长因子:用表观基因组编辑器(右)处理后，Rett样神经元(中、右)的细胞体膨胀到与野生型神经元(左)相匹配。
一项对人类神经元的新研究发现，经过改良的CRISPR工具的组合可以在不改变基因本身的情况下，调节在Rett综合征中突变的MECP2基因的表达。
这种方法作用于表观遗传因素，使患有这种疾病的人的一个基因副本沉默。这种疾病的特征是自闭症样的特征，包括重复运动、运动协调能力受损和社交退缩。重新激活该基因可能会抵消MECP2突变的影响，为一种新的治疗方法带来希望。
“这是表观基因组工程作为未来基因疗法潜力的一个杰出例子，”加州斯坦福大学生物工程副教授Stanley Qi说，他没有参与这项研究。“改变表观基因组而不是基因组的信息可以避免改变我们的遗传密码。”
由于MECP2位于X染色体上，该基因的突变通常对缺少备份副本的男性婴儿是致命的。一个被称为X染色体失活的过程随机关闭了女婴携带的两个副本中的一个，因此突变导致大约一半的神经元没有任何功能性MECP2蛋白，从而导致了该综合征的核心特征。
当甲基和小段RNA包裹在染色体上并阻止其表达时，X染色体就会失活。先前的研究表明，阻止这种涂层的分子可以重新唤醒沉默的MECP2，但也可以唤醒其他沉默的基因。
马里兰州贝塞斯达国家癌症研究所癌症研究中心的研究员Lisa Boxer说:“多年来，我看到研究人员试图用各种方法重新激活不活跃X染色体上的MECP2，但通常只激活了非常少量的MECP2，或者广泛影响了其他基因。”
在这项新工作中，研究人员使用了一种基于CRISPR的策略，引导一种甲基去除酶直接进入MECP2基因，这是建立在他们之前用于恢复脆性X染色体综合征相关基因表达的策略之上的。脆性X染色体综合征是另一种X连锁疾病，也是自闭症的主要原因。
“我们认为我们可以尝试解决另一种神经发育障碍，”首席研究员、哥伦比亚大学生理学和细胞生物物理学助理教授Shawn Liu说。与脆性X染色体综合征相比，Rett综合征具有“相当复杂的X染色体失活机制，以确保X染色体完全沉默，因此从技术上讲更具挑战性。”
研究小组发现，从沉默的MECP2拷贝中去除甲基会增加该基因在女性人类胚胎干细胞中的表达，这些干细胞在一条染色体上携带MECP2突变。这种变化在来自甲基化编辑干细胞的神经元中持续存在，并且这些神经元比来自未编辑干细胞的雷特样神经元生长得更大，更频繁地放电。
但是，当该团队将甲基化编辑直接应用于Ret样神经元时，效果就不那么好了。
因此，Liu的团队利用了某些基因用来避免X染色体失活的技巧:CTCF绝缘。将一种名为CTCF的蛋白质与DNA的某些延伸结合，可以保护这些区域不受表观遗传调控。
研究人员发现，使用另一种改良形式的CRISPR将CTCF蛋白传递到团队在MECP2基因上发现的结合位点，结合DNA甲基化编辑，成功地增加了Rett样神经元中的MECP2转录。这种混合也逆转了典型的Rett综合征神经元缺陷，包括较小的细胞体和非典型的电活动。研究结果发表在一月份的《Science Translational Medicine》杂志上。
“我们学到的一个关键教训是，甲基化编辑似乎是必不可少的，无论你把它与什么结合起来，”Liu说。“如果没有甲基化编辑，一旦基因完全沉默，就没有办法重新激活它。”
接下来，该团队计划在Rett综合征小鼠模型中研究这种表观基因组编辑的组合，并深入研究甲基化编辑是如何触发MECP2恢复的。
Liu说:“我们真的很好奇在体内使用Rett综合征小鼠模型应用相同的编辑策略……我们不知道这是否有效。如果是这样，我认为这不仅对基础科学家和罕见综合征家族来说是非常令人兴奋的，对临床研究也是如此。”
Boxer说，在小鼠模型中测试这项技术将有助于确定这些表观基因组编辑器是否可以传递到大脑，以及是否可以在成熟神经元中充分重新激活MECP2以影响行为。
Liu说，该团队使用的表观基因组编辑器太大，无法适应通常用于基因治疗的病毒载体。
“我希望我们的研究可以帮助[其他研究人员]提出更多的新方法来解决X连锁疾病或其他遗传性疾病，通过精确操纵导致疾病的基因，”Liu实验室的研究生、研究人员Junming Qian补充说。“此外，我们已经提供了我们的工具，希望我们的工具可以用于基础和临床研究。”
