癌癥是由基因組和表觀基因組的一系列改變引起的，并且以多種復(fù)雜形式存在，使得癌癥難以預(yù)防和治療。
端粒酶是一種負責(zé)維持端粒的酶，在大多數(shù)正常體細胞中是沉默的，但在90％的癌細胞中被激活，因此，端粒酶是成為癌癥治療的優(yōu)秀靶標(biāo)。
目前已開發(fā)出各種端粒酶活性抑制劑來治療癌癥，但全部都因為副作用而宣告失敗。
2019年1月29日，東南大學(xué)王進科課題組發(fā)表了一項研究成果，開發(fā)了一套名為Tage的癌癥基因療法，該系統(tǒng)基于CRISPR基因編輯，通過靶向端粒酶，成功殺死多種癌細胞，且無毒副作用。為癌癥治療提供了一個新的思路。
該研究以 Cancer therapy with a CRISPR-assisted telomerase-activating gene expression system 為題，發(fā)表在癌癥領(lǐng)域著名學(xué)術(shù)期刊Nature子刊 Oncogene 雜志上。
真核細胞的DNA復(fù)制機制無法復(fù)制染色體的末端，隨著細胞分裂的進行，幾乎所有正常人細胞都經(jīng)歷端粒縮短。一旦端粒縮短到一定程度，將誘導(dǎo)DNA損傷信號，誘導(dǎo)細胞衰老和死亡。
隨著細胞分裂，染色體端粒逐漸縮短
細胞的衰老會導(dǎo)致基因組不穩(wěn)定性增強，進而容易發(fā)生細胞癌變，甚至導(dǎo)致癌癥的發(fā)生，端?？s短的機制，是通過限制細胞分裂的數(shù)量來防止人類老年細胞的基因組不穩(wěn)定性和癌癥發(fā)生。
同時，人的細胞中存在著端粒酶，端粒酶負責(zé)通過在染色體末端添加端粒重復(fù)來延長端粒。但是，在正常人體細胞中，端粒酶的活性受到相當(dāng)嚴(yán)密的調(diào)控，只有在造血細胞、干細胞和生殖細胞，這些必須不斷分裂的細胞之中才會有端粒酶活性。
然而，端粒酶活性在大多數(shù)人類癌細胞中被重新激活，激活的端粒酶通過延長端粒長度，讓癌細胞可以一直不停地分裂，形成惡性腫瘤。目前已開發(fā)出各種端粒酶活性抑制劑來治療癌癥，但全部都因為副作用而宣告失敗。
隨著CRISPR基因編輯技術(shù)的出現(xiàn)，CRISPR療法為癌癥和其他遺傳疾病提供了潛在的治療方法。CRISPR是一種RNA引導(dǎo)的細菌和古細菌免疫防御系統(tǒng)，可以保護自己免受外源病毒或質(zhì)粒的侵害。sgRNA）可以將Cas9引導(dǎo)至靶位點進行切割，從而導(dǎo)致DNA雙鏈斷裂。由于多功能性，簡單性，特異性和效率等優(yōu)點，CRISPR基因編輯系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于基因組編輯，并為生物醫(yī)學(xué)研究帶來巨大希望。
通過Tage系統(tǒng)殺死癌細胞的原理示意圖
在這項研究中，通過結(jié)合端粒酶和CRISPR/Cas9的生物學(xué)功能，開發(fā)了一種新的癌癥基因療法，稱為端粒酶激活基因表達（Tage）。
在該Tage系統(tǒng)中，將攜帶端粒酶可識別的3'單鏈序列的效應(yīng)物轉(zhuǎn)染到癌細胞中，使其可以通過端粒酶延長，并產(chǎn)生合成的雙鏈端粒重復(fù)序列。同時，將人工轉(zhuǎn)錄因子表達載體dCas9-VP64和靶向端粒DNA的sgRNA（TsgRNA）共轉(zhuǎn)染到癌細胞中，其可以產(chǎn)生能夠識別并結(jié)合端粒酶合成的雙鏈端粒重復(fù)序列的dCas9-VP64-TsgRNA復(fù)合物。因此可以激活效應(yīng)基因Cas9的表達。
表達的Cas9蛋白可以與TsgRNA結(jié)合產(chǎn)生Cas9-TsgRNA復(fù)合物，其可以切割端粒以產(chǎn)生DNA損傷并因此誘導(dǎo)癌細胞的死亡。
通過使用腺相關(guān)病毒（AAV）作為載體，可以將Tage系統(tǒng)遞送至體內(nèi)，從而用于治療體內(nèi)腫瘤治療。
由于只有癌細胞中才有端粒酶表達，才會延長人工外源導(dǎo)入的端粒，進而激活Cas9蛋白的表達，切割癌細胞的端粒，造成癌細胞凋亡。
因此，這一系統(tǒng)只在癌細胞中發(fā)揮作用，不會影響不表達端粒酶的正常細胞，也就避免了毒副作用。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41388-019-0707-8
