唐氏综合征是由额外的一条21号染色体引起的，这会导致一系列的发育差异。长期以来，研究人员一直在寻找纠正这种重复的方法，因为目前的干预措施并不能从源头上解决多余的遗传物质。
最近的研究指出，基于CRISPR的方法可能是一种有前景的方法。来自日本三重大学的Ryotaro Hashizume及其同事报告称，有可能通过切割受影响细胞中的多余染色体来使其行为更接近正常功能。
为什么多一条染色体很重要
唐氏综合征影响了美国大约每700名新生儿中的一名。这条额外的染色体（称为21三体）会扰乱身体内许多重要的过程，通常会导致学习困难、独特的身体特征和某些健康问题。
这个额外的基因拷贝会使基因活动高于正常水平。它迫使细胞过度工作，因为它们携带的额外材料改变了基因的使用方式和蛋白质的制造方式。
CRISPR与唐氏综合征
CRISPR-Cas9是一种多功能的基因编辑系统，依赖于一种酶来识别特定的DNA序列。一旦酶找到匹配的位点，它就会剪断DNA链。
科学家们精心设计CRISPR引导序列以仅针对不需要的染色体。这种技巧被称为等位基因特异性编辑，有助于将切割酶引导到正确的位置。
“通过CRISPR-Cas9在21三体细胞中进行等位基因特异性多重染色体切割以实现三体拯救，”Hashizume写道。他们的小组发现，去除不必要的拷贝通常可以将实验室培养的细胞中的基因表达恢复正常。
经过处理的细胞恢复了典型的蛋白质制造模式。在某些测试中，它们还显示出更好的存活率，表明多余的遗传负担已成功减轻。
神经元及其他领域的潜力
该技术仍远未达到临床应用，因此不会很快出现在常规护理中。然而，科学家们正在考虑是否可以在形成大脑和其他组织的细胞中进行类似的编辑。
在不分裂的细胞中修剪多余的遗传物质的可能性也非常有趣。许多细胞在成熟后不再积极分裂，但该团队的研究结果表明，这些细胞仍可以从靶向染色体去除中受益。
染色体核型和脑相关基因
在后续测试中，研究人员检查了去除多余染色体后基因活性的变化。他们注意到与神经系统发育相关的基因变得更加活跃，而与代谢相关的基因则被下调。
这种基因表达的变化可能有助于解释矫正染色体不平衡如何影响细胞的整体行为。这也支持了早期的发现，即21号染色体的额外拷贝在早期胎儿生长期间会破坏大脑发育。
在干细胞和皮肤细胞中测试
研究人员不仅在实验室培养的干细胞中测试了他们的方法，还在从唐氏综合征患者身上提取的皮肤成纤维细胞中进行了测试。即使在这些完全成熟的非干细胞中，该方法也成功地在许多情况下去除了多余的染色体。
这一结果暗示了在体内不同类型的细胞中矫正遗传问题的更广泛可能性。
去除提高了细胞健康
去除多余染色体后，矫正后的细胞生长略快，倍增时间比未经处理的三体细胞短。这些变化表明，去除多余的染色体可能会减轻减缓细胞生长的生物压力。
矫正后的细胞还产生了较少的活性氧物种，这些有害副产物与细胞损伤和衰老有关。较低水平的这些分子表明线粒体功能改善，细胞整体健康状况得到提升。
一些CRISPR切割可能会影响健康的染色体。研究人员正在通过改进其引导分子来解决这个问题，以便它们只附着在多余的21号染色体上。
他们还在研究如何防止细胞修复系统逆转或搞乱预期的编辑。随着进一步的工作，这种方法可能会变得更安全、更高效，适用于各种组织。
对未来治疗的影响
如果科学家在其他研究中确认这些初步结果，他们可能有一天会设计出能够从源头上抑制基因过载的疗法。这种方法可以应用于实验室培养的组织或用于再生治疗的干细胞。
专家强调，这些发现并不能保证直接通往治疗方法的路径。不过，这项工作突显了CRISPR如何帮助处理导致常见疾病的基本遗传问题。
该项目表明，CRISPR可以移除整条染色体，而不仅仅是进行小的修复。这是基因组编辑能力的一大飞跃。
研究人员可能会继续分析大规模DNA变化的风险。他们还将检查这些修改后的细胞在较长时间内的行为，以及它们在现实环境中的健康状况。
该研究发表在《PNAS Nexus》上。
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