研究人员开发了一种方法，可以编辑亨廷顿病和弗里德里希共济失调的遗传序列。如果长度超过某个阈值，这些序列会不受控制地增长，并导致亨廷顿病中的脑细胞死亡，以及弗里德里希共济失调中的神经纤维破裂。目前没有治疗可以停止这些疾病的发展。使用碱基编辑技术，研究团队在重复的DNA序列中间引入了单个字母的变化，干扰了患者细胞以及亨廷顿病和弗里德里希共济失调的小鼠模型中的序列。他们发现，编辑后的DNA段长度保持不变，甚至随着时间的推移变得更短。
布罗德研究所的研究人员开发了一种方法，可以编辑亨廷顿病和弗里德里希共济失调的遗传序列。
这两种病症是超过40种由连续重复的三字母DNA片段引起的严重神经系统疾病之一。如果长度超过某个阈值，这些序列会不受控制地增长，并导致亨廷顿病中的脑细胞死亡，以及弗里德里希共济失调中的神经纤维破裂。目前没有治疗可以停止这些疾病的发展。
布罗德团队开发了一种新方法，以防止这些DNA重复序列扩展。利用称为碱基编辑的技术，团队在重复的DNA片段中间引入了单个字母的变化，干扰了患者细胞以及亨廷顿病和弗里德里希共济失调的小鼠模型中的序列。他们发现，编辑后的DNA段长度保持不变，甚至随着时间的推移变得更短。
这些发现最近发表在《自然遗传学》上，来自基因编辑先驱大卫·刘的实验室，他是理查德·默金教授和布罗德的变革性健康技术研究所所长。刘还是布罗德的弗里德里希共济失调加速器的研究人员，哈佛大学的教授，以及霍华德·休斯医学研究所的研究员。在研究开始时，曼达娜·阿尔巴布是刘实验室的一名博士后研究员，目前担任波士顿儿童医院助理教授，并持有洛迪什家庭讲座；赞妮塔·马图泽克当时是研究生，现在是这项研究的共同第一作者。里卡多·莫罗·皮托是布罗德的相关科学家，同时也是马萨诸塞州总医院研究所的助理教授，与刘共同担任通讯作者。
尚需更多的研究来记录在基因组中安装这些编辑的潜在副作用，但研究人员表示，这种方法可能成为理解由这类DNA重复引起的疾病的有价值的工具。
刘表示，“在我们清楚打断这些重复序列是否能成为治疗患者的可行治疗策略之前，还需要更多的研究。但能够阐明打断重复序列的生物学后果是一个非常有用和重要的里程碑。”
打断重复
大约每3000人中就有一个人患有由DNA中三字母重复引起的疾病。患有同一疾病的个体可能继承不同数量的DNA重复——重复较多的人通常更早出现症状且更为严重，他们的疾病进展也更快。相比之下，一些患者在这些重复中自然发生单个字母的“打断”，因此他们的症状较轻，发展较晚。这些个体更不太可能将疾病传给他们的子女，而不是那些没有中断的重复的人。
这给马图泽克和阿尔巴布一个灵感。如果基因编辑疗法能够安装一个模仿部分患者自然发生的打断，它可能阻止重复扩展并停止或减缓疾病进展。
马图泽克和阿尔巴布决定使用碱基编辑，这是一种由刘实验室于2016年开发，用于在DNA中进行单个字母变化的工具。他们提出了一种系统，将亨廷顿病中的CAG重复序列中的某些G•C碱基对改为A•T碱基对，而另一个则将弗里德里希共济失调中的GAA重复序列中的几个A•T碱基对改为G•C碱基对。
当团队在从患者中提取的结缔组织细胞中测试编辑器时，处理过的细胞中的重复数量保持不变，甚至随着时间减少——而未处理的细胞则重复数量增加。
为了将碱基编辑器运输到小鼠的特定细胞中，研究人员将它们包装到双AAV9载体中，这是一种设计用于将载荷传递到神经元的腺病毒。碱基编辑器在弗里德里希共济失调和亨廷顿病的小鼠模型中稳定了重复片段。
马图泽克说：“真正令人兴奋的是，我们现在有工具可以在细胞和动物模型中引入打断，并研究它们如何影响这些疾病的生物学。”
一种新的编辑策略
刘警告说，由于这些重复序列在基因组中的其他地方也存在，碱基编辑器可能会在基因组的那些部分进行编辑，从而提高出现不良副作用的可能性。但是到目前为止，他的团队发现，大多数旁路编辑发生在基因之间或不编码蛋白质的基因组部分，从而减少了对人类的不良副作用的机会。研究人员计划在特定细胞群体和更忠实于人类疾病的小动物模型中研究这些效应。
然而，团队认为，引入中断到重复片段的治疗策略有一天可能有助于治疗亨廷顿病、弗里德里希共济失调和其他三核苷酸重复疾病，因为这种DNA变化在没有疾病或仅有轻微症状的人中自然发生。
阿尔巴布说：“这项研究首次表明，引入打断对重复序列具有深远的稳定作用，而且我们使用的碱基编辑方法也可以应用于研究超过十种重复疾病。虽然仍有很多工作要做，但我们希望这种方法能够真正加速许多这些疾病的治疗开发。”
与此同时，研究人员还在开发另一种不同的方法，使用原位编辑一次性替换造成疾病的重复序列，改为更短、稳定的重复数量。
这项工作得到了香农·扎克伯格倡议、洛迪什家庭基金会、国家卫生研究院、戴克家庭基金会、弗里德里希共济失调研究联盟、比尔和梅琳达·盖茨基金会以及霍华德·休斯医学研究所的部分支持。
