華中科大用基因編輯治療白血病

　　急性白血病（AL）是最常見的血液系統惡性腫瘤，在遺傳構成和臨床結局表現出顯著的異質性。由于對細胞遺傳學/基因突變的了解加深，以及相應靶向療法的引入，在某些白血病亞型的治療方面已經獲得了驚人的成功，但是，許多遺傳高風險的亞型，目前用標準方案仍然是難以治療的，并表現出預后不良。世界衛生組織和美國國家綜合癌癥網絡越來越多地基于遺傳傾向對AL進行分類，凸顯了細胞遺傳學/基因突變對于臨床管理決策制定的深遠影響。因此，迫切需要對這些AL患者的分子病理基礎進行剖析，以開發新型的治療策略。

　　近期，華中科技大學同濟醫學院的研究人員用基因編輯技術――TALENs，制備了同基因的白血病細胞克隆，并破壞了其中的FLT3基因，從而證明這種基因組編輯方法，是探索基因突變分子基礎的強有力的平臺。相關研究結果發表在最近的Nature子刊《Scientific Reports》。華中科技大學附屬同濟醫學院周劍鋒教授和Zhen Shang是本文共同通訊作者。

　　相比較候選基因分析法，高通量測序技術所取得的進展，可讓我們從全基因組的角度，以公正和全面的方式，對AL進行表征。在AL中高復發的基因突變的鑒定，為改進診斷方法、病人分層和靶向治療，提供了寶貴的基礎原理。然而，雖然已經出現了詳盡的AL基因組草圖，但是，闡明這些經常發生的基因突變與臨床表型和治療結果有何關聯，還是比較困難的。確定這些個體遺傳異常的臨床相關性，是非常必要的。更重要的是，揭開白血病生物學關鍵的分子事件――人類基因組時代的重大挑戰，從根本上來說對于未來的遺傳醫學也是非常重要的。

　　目前已有幾種方法被廣泛用于探索一個給定基因突變的分子機制。利用基因工程策略，研究人員已經建立了許多白血病動物模型，并為白血病的驅動因素提供了有說服力的見解。在未來幾年中，基因工程動物模型將仍然是“研究遺傳缺陷和臨床表型之間的關聯”最可靠的工具，并有助于設計和開發新的分子靶向策略。

　　然而，動物模型的方法有一些固有的缺點。例如，動物模型可能并不總能準確地模擬臨床背景相關的白血病表型，產生和維護轉基因模型的過程也很耗時和昂貴。另外，細胞株和主要樣本為基礎的模型，也被廣泛用于探索導致腫瘤細胞表型的關鍵分子事件。主要樣本之間遺傳背景的巨大差異、轉基因過表達/敲除的非生理水平和隨機整合病毒載體引入的干擾，都限制了實際的分子機制。因此，在后基因組時代，迫切需要新的分析工具，來闡明白血病相關基因功能的分子機制。

　　轉錄激活因子樣效應物（TALE）核酸酶（TALENs）――一種高效的基因組編輯工具，是人工融合蛋白，含有的核酸內切酶FokI的催化結構域和一個設計的TALE DNA結合結構域――可識別特定的DNA序列。兩個單獨的TALENs結合到相鄰的DNA序列，使FokI能夠二聚化，靶DNA能夠裂解，從而引入位點特異性的雙鏈斷裂（DSBs）。

　　隨后，通過同源性指導修復或非同源末端連接（NHEJ）通路的細胞DNA修復被激活。迄今為止，基因組編輯技術已成功地用來誘導小鼠正常造血干細胞中的骨髓惡性腫瘤。然而，很少有研究采用這項技術，在白血病中調查個別基因異常引發的分子事件。

　　在這項研究中，研究人員制備了同基因的白血病細胞克隆，用TALENs技術破壞了其中的FLT3基因。并將具有單等位基因破壞的FLT3的同基因克隆，與等基因的野生型對照克隆和親本的白血病細胞的轉錄表達、下游FLT3信號和增殖能力，進行了比較。研究人員采用RNA-seq，將突變型K562克隆及其相應的野生型對照組的全基因表達譜，進行了比較。

　　研究發現，FLT3的轉錄水平和配體依賴性自身磷酸化，在突變克隆中是下降的。TALENs介導的FLT3基因單倍不足，可損壞體外細胞增殖和集落形成。這種抑制作用是被維持在體內的，從而提高了移植有突變K562克隆的NOD/SCID小鼠的存活率。聚類分析表明，同基因克隆的基因表達模式，是由FLT3突變體的狀態――而不是單個同基因克隆之間的偏差，所決定的。突變體和野生型之間差異表達的基因，揭示出突變K562克隆以及抑制的FLT3信號中無義介導的衰退通路的激活。

　　總而言之，這項研究支持，這種基因組編輯方法是探索基因突變的分子基礎的一種強大和普遍適用的平臺。