莱斯大学生物工程师Gang Bao 和他的团队获得了国立卫生研究院为期 4 年、价值 260 万美元的资助，用于解决围绕使用基因编辑治疗镰状细胞病的安全性和有效性的关键问题。

由于镰状细胞病是由单个基因突变引起的，因此它是使用CRISPR-Cas9等工具进行基因编辑治疗的主要候选者。

“镰状细胞病影响着全世界超过 500 万人，预期寿命从资源匮乏地区的大约 5 岁到等国家的 40-45 岁不等，”Bao 说。

此前，Bao实验室发现CRISPR-Cas9无法按预期发挥作用，导致Cas9切割位点出现非预期的大量删除和插入。他和他的团队现在将努力弄清楚这些基因修饰发生的原因、它们的生物学后果是什么以及可以采取什么措施来解决这个问题。

“我们想了解导致这些大基因修饰的机制，”鲍说。“多年来，我们认为 CRISPR-Cas9 诱导的 DNA双链断裂 只会导致少于 50 个核苷酸的小缺失或插入。但我们发现这些修饰实际上要大得多——范围从大约 200 到几千个核苷酸。”

Cas9酶依靠CRISPR 引导 RNA 来靶向基因组中进行切割的位点。

Bao 说：“我们测试了三种旨在治疗镰状细胞病的引导 RNA 分子，发现它们在镰状细胞病患者的造血干细胞 和祖细胞中的 Cas9 切割位点都有大量缺失和插入 。” “我们还测试了一种设计用于编辑T 细胞 进行免疫治疗的引导 RNA ，我们发现在这种情况下也会发生同样的事情。”

CRISPR-Cas9 产生大量非预期基因修饰的发现提出了这些变化如何影响信使 RNA和蛋白质的问题 ，其中信使 RNA 是一种分子，有助于将基因中编码的遗传信息翻译成蛋白质，而蛋白质又由称为结构域的亚基组成。

“现在我们对 DNA 发生的情况有了很好的了解，”Bao 说。“接下来，我们想要了解信使 RNA 和蛋白质水平上发生了什么。DNA 的大量缺失是否会导致基因的破坏，或者信使 RNA 的大量缺失，进而产生不完整的蛋白质?或者，大的 DNA 插入是否会被信使 RNA 翻译成具有额外结构域的蛋白质?”

研究人员将研究基因表达和/或蛋白质结构的变化如何影响干细胞的分化和功能。

“我们相信一些大规模的删除实际上可能是有益的，”鲍说。“例如，其中一些较大的缺失可能会诱导胎儿血红蛋白的表达，这将有助于治愈镰状细胞病。但我们需要做更多的工作来弄清楚哪些大的缺失可以实现这一目标，以及如何利用它们来治疗镰状细胞病。

“我们需要了解这些意外的大基因修饰所带来的主要生物学后果，然后找出解决这个问题的最佳方法。”

So-Hyun (Julie) Park是莱斯大学的博士生、生物工程助理研究教授，为获得 NIH 资助做出了重大贡献。贝勒医学院和德克萨斯儿童医院儿科临床研究员 Cecile Karsenty 博士以及生物工程博士生 Mingming Cao 和 ByoungYong Yoo 为拨款提案提供了一些数据。

鲍是生物工程系主任和福伊特家族教授，化学、材料科学和纳米工程以及机械工程教授，以及癌症研究领域的 CPRIT 学者。