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我們?nèi)祟?lèi)主要通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)和味覺(jué)5種感官接受外部信息，而其中至少有80%以上的外界信息是通過(guò)視覺(jué)獲取。因此，失去視覺(jué)對(duì)人來(lái)說(shuō)是一件十分糟糕和可怕的事情，它不僅給失明者帶來(lái)諸多生活上的不便，還會(huì)沉重打擊失明者的精神信念。

長(zhǎng)期以來(lái)，治療失明極其困難，臨床上一直缺乏治療失明的有效方法。許多先天性失明和進(jìn)行性失明與基因突變相關(guān)，近年來(lái)隨著基因治療技術(shù)的成熟，越來(lái)越多的研究嘗試通過(guò)基因療法來(lái)治療失明。例如，張鋒團(tuán)隊(duì)曾使用CRISPR-Cas9基因編技術(shù)恢復(fù)患有先天性黑蒙癥的小鼠的視力，并將其推進(jìn)到人類(lèi)臨床試驗(yàn)。這種疾病影響的是視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞，這是一種非神經(jīng)元細(xì)胞。然而，大多數(shù)遺傳性失明，包括視網(wǎng)膜色素變性，是由于神經(jīng)感光細(xì)胞本身的遺傳缺陷所引起的。

視網(wǎng)膜色素變性（Retinitis Pigmentosa，RP），是一種進(jìn)行性、遺傳性、營(yíng)養(yǎng)不良性退行性病變，主要表現(xiàn)為慢性進(jìn)行性視野缺失，夜盲，色素性視網(wǎng)膜病變和視網(wǎng)膜電圖異常，從而導(dǎo)致視力下降甚至失明，這也是人類(lèi)失明的主要原因之一。

2023年3月17日，武漢科技大學(xué)姚凱教授團(tuán)隊(duì)在 Journal of Experimental Medicine 期刊發(fā)表了題為：Vision rescue via unconstrained in vivo prime editing in degenerating neural retinas 的研究論文。

研究團(tuán)隊(duì)將先導(dǎo)編輯（Prime Editor）與無(wú)PAM序列限制的spCas9突變體SpRY相結(jié)合，構(gòu)建了一種新的、通用型CRISPR系統(tǒng)——PESpRY。PESpRY可以被編程來(lái)糾正許多不同類(lèi)型的基因突變，而不管這些突變發(fā)生在基因組中的哪個(gè)位置。

研究團(tuán)隊(duì)使用雙AAV載體遞送的PESpRY系統(tǒng)治療PDE6B基因突變的視網(wǎng)膜色素變性（RP）小鼠模型，成功恢復(fù)了功能性PDE6B蛋白的產(chǎn)生，挽救了神經(jīng)感光細(xì)胞。進(jìn)一步行為測(cè)試顯示，治療后的小鼠的視覺(jué)能力恢復(fù)良好。

這項(xiàng)研究為在退化的視網(wǎng)膜中進(jìn)行無(wú)PAM序列限制的先導(dǎo)編輯來(lái)預(yù)防視網(wǎng)膜色素變性（RP）相關(guān)基因突變引起的視力喪失提供了令人信服的證據(jù)。

視網(wǎng)膜色素變性（RP）可由超過(guò)100種不同基因的突變引起，據(jù)估計(jì)，每4000人中就有一人患病。該疾病也入選了我國(guó)于2018年發(fā)布的《第一批罕見(jiàn)病名錄》。視網(wǎng)膜色素變性開(kāi)始于微弱的光敏桿狀細(xì)胞的功能障礙和死亡，然后擴(kuò)散到色覺(jué)所需的錐狀細(xì)胞，最終導(dǎo)致嚴(yán)重的、不可逆的視力喪失。

此前已有研究表明，堿基編輯（Base Editor，BE）能夠修正先天性黑蒙癥小鼠模型的視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞中的無(wú)義點(diǎn)突變，但堿基編輯（BE）只能對(duì)單個(gè)堿基突變進(jìn)行針對(duì)性修正，對(duì)于視網(wǎng)膜色素變性（RP）這種可由多個(gè)不同基因的突變引起的疾病，治療潛力顯然不夠。

2019年10月，劉如謙（David Liu）教授開(kāi)發(fā)了一種全新的精準(zhǔn)基因編輯工具——先導(dǎo)編輯（Prime Editor，PE），無(wú)需依賴DNA模板便可有效實(shí)現(xiàn)所有12種單堿基的自由轉(zhuǎn)換，而且還能有效實(shí)現(xiàn)多堿基的精準(zhǔn)插入與刪除。先導(dǎo)編輯（PE）能夠克服堿基編輯（BE）的局限性，為體內(nèi)基因編輯治療提供了新的解決方案。

2023年2月，四川大學(xué)華西醫(yī)院魏于全院士、楊陽(yáng)研究員、陸方教授等在 Signal Transduction and Targeted Therapy 期刊發(fā)表論文【2】。

 

該研究以斷裂蛋白質(zhì)內(nèi)含子（split intein）和雙AAV載體為基礎(chǔ)，對(duì)先導(dǎo)編輯（PE）進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)先天性黑蒙癥小鼠模型進(jìn)行治療，精確且高效（最高編輯效率達(dá)16%）修復(fù)了小鼠視網(wǎng)膜細(xì)胞的致病基因突變，恢復(fù)了RPE65蛋白的表達(dá)，挽救了視網(wǎng)膜和視覺(jué)功能，且沒(méi)有檢測(cè)到脫靶編輯。這項(xiàng)研究為通過(guò)先導(dǎo)編輯治療遺傳性視網(wǎng)膜疾?。↖RD）奠定了基礎(chǔ)。

 

但上述所有應(yīng)用都是針對(duì)視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞，而視網(wǎng)膜色素變性（RP）主要是由視網(wǎng)膜神經(jīng)感光細(xì)胞相關(guān)基因突變引起的?；蚪M編輯工具在退化的視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞中挽救視力的直接效用仍然有限。

此外，在遺傳性視網(wǎng)膜疾病的治療中，特定基因突變位點(diǎn)附近不一定具有基因編輯工具酶（Cas蛋白）所需的PAM序列，這可能限制了基因編輯治療時(shí)的可靶向范圍。

2020年3月，哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員在 Science 期刊發(fā)表論文【3】，開(kāi)發(fā)了一種近乎無(wú)PAM序列要求的spCas9新突變體——SpRY，這為體內(nèi)精準(zhǔn)基因編輯治療帶來(lái)了新的工具。

在這項(xiàng)最新研究中，在這項(xiàng)最新研究中，姚凱團(tuán)隊(duì)嘗試挽救患有視網(wǎng)膜色素變性的小鼠的視力，這些視網(wǎng)膜色素變性的小鼠是由編碼關(guān)鍵酶PDE6β的基因的點(diǎn)突變引起。姚凱團(tuán)隊(duì)將先導(dǎo)編輯（PE）與無(wú)PAM序列限制的spCas9突變體SpRY相結(jié)合，構(gòu)建了一種新的、通用型CRISPR系統(tǒng)——PESpRY。PESpRY可以被編程來(lái)糾正許多不同類(lèi)型的基因突變，而不管這些突變發(fā)生在基因組中的哪個(gè)位置。

當(dāng)編程靶向突變PDE6β基因時(shí)，PESpRY系統(tǒng)能夠有效地糾正突變并恢復(fù)小鼠視網(wǎng)膜中的PDE6β酶活性，從而防止了桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞的死亡，并恢復(fù)了它們對(duì)光的正常電反應(yīng)。

在四個(gè)月大時(shí)，攜帶PDE6β基因突變的小鼠（左）的視網(wǎng)膜變薄，缺乏桿狀感光細(xì)胞（紅色）。但是通過(guò)PESpRY系統(tǒng)糾正這種突變的小鼠（右）有更厚的視網(wǎng)膜，含有大量的桿狀細(xì)胞

接下來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)基因編輯治療后的小鼠進(jìn)行了各種行為測(cè)試，以確認(rèn)治療的小鼠即使到了老年仍能保持視力。例如，這些治療后的小鼠能夠在視覺(jué)引導(dǎo)的水迷宮中找到出路，幾乎和正常健康的老鼠一樣，并且在視覺(jué)刺激下表現(xiàn)出典型的頭部運(yùn)動(dòng)。

姚凱教授

姚凱教授表示，編輯神經(jīng)視網(wǎng)膜細(xì)胞（尤其是不健康或即將死亡的感光細(xì)胞）基因組的能力，將為這些基因組編輯工具在治療視網(wǎng)膜色素變性等疾病方面的潛在應(yīng)用提供更有說(shuō)服力的證據(jù)。

他還表示，將PESpRY系統(tǒng)推進(jìn)到人類(lèi)治療，還需要進(jìn)行進(jìn)一步的安全性和有效性驗(yàn)證，但這項(xiàng)研究為Prime Editing這種新型基因編輯技術(shù)在體內(nèi)基因治療的潛力提供了實(shí)質(zhì)性證據(jù)，特別是用于治療視網(wǎng)膜色素變性等遺傳性視網(wǎng)膜疾病。

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