Hun-Goo Lee并没有打算发现一种可能治疗脆性X染色体综合征的新方法。他只是想解开一个谜团:为什么一些携带脆性X突变的细胞不受影响?
这种突变——在FMR1基因中有超过200个三核苷酸链“CGG”的拷贝——通常会使该基因的表达沉默，并阻止蛋白质FMRP的产生。然而，在一些实验室条件下，携带这些长CGG重复序列的胚胎细胞仍然会产生FMRP。
根据Lee和他的同事们的一项新研究，FMRP的产生是因为培养条件使细胞的DNA修复机制能够发现并去除CGG重复序列。受这种机制的启发，研究小组开发了一种新的基因编辑工具，使其他类型的脆性X细胞也能去除三核苷酸重复序列。
Lee的研究小组发现，胚胎脆性X细胞在特定的培养基中培养时，可以不受影响并表达FMR1，而培养基中的两种药物是负责任的。
在脆性X综合征中，FMR1中的CGG重复序列积累了称为甲基的表观遗传标签，使该基因沉默。但他们发现，这两种药物诱导去甲基化酶，从而去除甲基标签，恢复来自脆性X染色体患者的干细胞和神经祖细胞中的FMR1表达。治疗导致了CGG重复序列的切除。治疗3 - 6天后开始收缩;12天后，它完成了。
当研究人员使用现有版本的CRISPR将甲基去除酶靶向FMR1基因时，他们得到了类似的结果。
但是传递一种无活性的酶作为对照也完成了同样的事情，这表明去甲基化并不是CGG收缩发生的唯一驱动因素。“这是最令人难以置信的事情，”首席研究员Jeannie Lee说，她是哈佛医学院遗传学教授，也是马萨诸塞州总医院分子生物学部门的代理主席。。
研究人员随后意识到，基于CRISPR的方法和去甲基化过程都可以导致DNA形成一种称为R环的结构。当DNA的双链被一段单链RNA打断时，就会出现这些环——类似于一小块织物被魔术贴粘住，产生一个凸起，使粘接条无法再连接。
这种基因组的“碰撞”——由脆性X细胞中大量的CGG重复序列稳定下来——激活细胞的DNA修复机制，从而去除重复序列。
然后，该团队设计了一种催化不活跃的CRISPR版本，专门促使CGG重复形成R环。研究人员说，这种工具最终可能会被包装在病毒中，并输送到大脑中。研究结果发表在5月份的《Cell》杂志上。
“我喜欢使用内源性修复途径的想法，因为它们伴随着数百万年的进化”，使事情以最高的保真度发生，Jeannie Lee说。
虽然这项工作是初步的，但它“给脆性X领域带来了一线希望，这意味着可以消除甲基化，然后减少CGG重复序列，而无需使用基因治疗干预。”
目前还不清楚这种治疗是否会对人们产生任何影响。首先，该方法移除了足够多的CGG重复序列，使细胞低于抑制FMR1的200个拷贝，但并不一定足以使其低于55个的典型范围。拥有55到200个重复基因的人有一个脆性X基因的“前兆突变”——这种突变可能不会导致智力残疾，但会在生命早期引起其他症状，包括与脆性X基因相关的神经精神障碍、焦虑和抑郁。“在进行将完全突变改变为前兆突变的治疗之前，必须考虑到这些关于前兆突变的担忧。”
这种方法“并非没有风险”。尽管如此，他说，使用无催化活性的CRISPR版本可能有一个好处，它“不会在整个基因组上产生切割”。“这是一项令人兴奋的工作，”Antonio Bedalov评价，他是华盛顿州西雅图弗雷德·哈钦森癌症中心转化科学和治疗学部门的教授，他没有参与这项研究。“从理论上讲，这种方法可以治疗脆性X综合征和其他具有类似基因重复的疾病。你确实触及了问题的根本原因。这种工具比基于CRISPR的方法的典型工具更小，使其更容易传递到大脑。但在得出任何结论之前，这些发现需要在非分裂细胞中进行测试。DNA修复在细胞分裂过程中是活跃的，因此很容易在研究中使用的干细胞和神经祖细胞中发生。鉴于神经元不分裂，证明R环可以触发非分裂细胞中的重复切除将是重要的。”
研究人员计划接下来进行测试。最终，Jeannie Lee说，这项工作可能会找到一种方法来去除人体内多余的三核苷酸，这可能有助于治疗脆性X综合征以及源于这种突变形式的其他疾病。
