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研究發現CRISPR/Cas9可能潛在致癌性的風險

2018/06/11,知名生物醫學期刊Nature Medicine同時刊登了兩篇文章,研究發現CRISPR/Cas9會誘發抑癌基因p53的大量表現,這也暗示藉由CRISPR-Cas9技術進行基因編輯的治療用途可能會無意中增加患癌症的風險,

相信這對CRISPR基因治療的開發者造成了很大的影響,若未來要使用此技術進行基因治療,可能需要更多研究去了解其安全性。

 

發表在Nature Medicine的這兩篇期刊的研究團隊分別是來自瑞典的Karolinska Institutet及美國的Novartis Institutes,論文主題分別是CRISPR–Cas9 genome editing induces a p53-mediated DNA damage responsep53 inhibits CRISPR–Cas9 engineering in human pluripotent stem cells,可以看到關鍵的p53都出現在論文標題中,可見p53的在CRISPR中有一些關鍵的牽連。

 

CRISPR (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats)–CRISPR-associated protein 9 (Cas9)目前已經成為精準的基因編輯的熱門工具,這套工具是在細菌中被發現,用來偵測外來病毒或噬菌體的侵入,透過破壞DNA的方式來達到防禦的功能,後來科學家發現該系統也可以被成功運用在動物細胞的基因編輯,因此,此技術已經開始大量的被研究及應用在基因療法的開發。

 

在此系統中,Cas9蛋白將導致DNA雙股斷裂(DSBs),而DNA的雙股斷裂對細胞本身是很嚴重的損害,此時細胞將會啟動內部的DNA修復系統,包括非同源性末端結合(non-homologous end joining, NHEJ)以及同源性直接修復(homology-directed repair, HDR),兩種修補機制的啟動時機點主要是看cell cycle,在DNA斷裂是發生在G1 phase細胞會啟動NHEJ,若是在DNA複製階段則是會啟動HDR,而CRISPR/Cas9也就是利用這個細胞本身的修補的機制來進行基因的編輯。也有研究報告發現,藉由引發HDR的方式來進行基因編輯在腫瘤細胞中的成功率較高,反觀在正常細胞中則較不易成功,因為正常的細胞會啟動細胞凋亡來自殺或是透過NHEJ進行DNA修補,以避免細胞發生不可逆的嚴重突變,而目前尚未有明確的報告指出究竟是什麼機制讓這些以重組DNA來進行基因編輯的方法,其在正常細胞中的成功率都較低。

 

 來自瑞典卡羅林斯卡研究所的團隊以人類視網膜上皮細胞(RPE1)來進行研究,發現由Cas9所引發的DSBs將會誘發p53蛋白的活化及表現,而p53的活化將使細胞生長停滯並啟動DNA的修補機制,但當他們抑制了p53的活化後,由Cas9所啟動的基因編輯成功率則大幅提升。而這樣的發現也意味著p53這個重要的抑癌基因若發生異常或突變,那CRISPR所因發的基因編輯的成功率將會增加,而這也可能是科學家發現為什麼CRISPR的基因編輯成功率能在腫瘤細胞中是較高的,因為許多腫瘤細胞的p53蛋白都有突變的狀況。同樣的,來自美國諾華生物醫學研究所的研究人員也在人類的多功能幹細胞(hPSCs)發現了的相同的狀況。

 

 卡羅林斯卡研究所研究員Huddinge及共同第一作者Emma Haapaniemi博士說“我們在挑選了那些被我們成功修復基因的細胞的同時,我們可能會無意中挑選到沒有功能性p53的細胞”,“如果將這些無功能性p53的細胞移植到患者體內,就如同遺傳疾病的基因治療一樣,這些細胞可能會引發癌症,引發人們對CRISPR基因治療安全性的擔憂” (From Karolinska Institutet)

 

這樣的研究結果對期待以CRISPR/Cas9基因編輯工具來進行基因治療的科學家或是正在開發相關技術的藥廠無疑是一個劇烈的打擊,也就是說能夠成功透過CRISPR/Cas9進行基因編輯的細胞,可能該細胞本身能缺乏正常p53應有的表現,換句話說,可能就是因為p53的突變或失常才讓細胞成功的被CRISPR/Cas9所編輯,而p53的突變或失常也暗示著細胞可能較容易因為DNA的損傷而有走向癌化的潛在風險。

 

美國有三家在NASDAQ的上市公司,CRISPR Therapeutics、Editas Medicine以及 Intellia Therapeutics,在6/11當天的股價下跌了至少8%

 

基因治療的目的當然是希望藉由帶有正常基因的細胞來進行,但從這兩篇研究的發現看起來,若欲將CRISPR/Cas9基因編輯工具應用在臨床的基因治療可能是有潛在的副作用風險,目前這也是僅是在in vitro所發現的細胞實驗,未來還需要更多的研究來進行了解,CRISPR/Cas9的應用是否應該在安全性上有更多的考量呢? 尤其如何確保病患的細胞在進行基因組工程之前和之後皆能保有功能性的 p53。

 

當然,除了在基因治療的應用之外,CRISPR在細胞治療也被應用,例如炙手可熱的CAR-T細胞治療,科學家透過CRISPR改造T cell的基因,進而使該T cell能專一性的攻擊癌細胞。Cellectis,一家以開發CAR-T治療的公司,在2017更取得了以CRISPR基因編輯技術開發的CAR-T專利技術,相信這透過CRISPR所改造的些T細胞,其細胞內p53的表現究竟是如何,相信這部分未來會有更多研究發表。

 

 

 

參考資料: 

Natural Medicine, DOI, https://doi.org/10.1038/s41591-018-0049-z
Natural Medicine, DOI, https://doi.org/10.1038/s41591-018-0050-6

Last modified on 週五, 01 二月 2019 03:53