生物通報道：最近，來自于美國印第安納大學（IU）、斯坦福大學和德克薩斯大學的科學家們，展示了用基因組編輯技術，“編輯”產精成人干細胞的基因組，這個結果不論對于基礎研究還是基因治療，都具有強大的應用潛力。

研究人員已經完成了“概念驗證”實驗，在實驗中他們使小鼠細胞中一個突變基因的DNA雙鏈斷裂，然后通過一個稱為同源重組（homologous recombination）的過程修復了DNA，以正確的片段取代有缺陷的片段。

該研究涉及精原干細胞，它們是精子生產的基礎，是向下一代傳遞遺傳信息的唯一成人干細胞。修復細胞中的缺陷，從而可以防止突變被傳遞給后代。

本研究共同作者、IU Bloomington 化學系副研究員Christina Dann稱：“我們展示了一種將遺傳物質引入精原干細胞的方法，較之以前演示的方法，這種方法已經有了明顯的改進。這項技術可以糾正突變，理論上不會在基因組中留下其他標記。”

相關研究結果以“Genome Editing in Mouse Spermatogonial Stem/Progenitor Cells Using Engineered Nucleases”為題發表在最近的《PLOS ONE》雜志。

本文第一作者Danielle Fanslow，當他還是IU研究助理的時候開展了這項研究，現在他是美國西北大學的博士研究生。其他作者來自于斯坦福大學醫學院和德克薩斯大學西南醫學中心。

本研究的一個挑戰在于，精原干細胞就像許多類型的成體干細胞一樣，是非常難以分離、培養和研究的。在十年前維護和繁殖細胞的條件創建之前，許多實驗室花費了多年的努力來應對這一挑戰。

對于IU這項研究來說，一個主要的障礙是，找到一種方法來對突變小鼠基因做一個特定的、有針對性的修改，而沒有隨機引入遺傳物質所致的疾病風險。研究人員使用專門設計的酶，稱為鋅指核酸酶和轉錄激活因子樣效應物核酸酶（Transcription activator-like effector nucleases, TALENs），打斷DNA雙鏈，并引起基因的修復。

然后，已在實驗室經過修改的干細胞，被移植到不育小鼠的睪丸中。移植的細胞生長或定植在小鼠睪丸內，從而表明干細胞是有生活力的。然而，培育小鼠的嘗試并未成功。研究人員寫道：“無法產生精子，是否是由移植細胞或受者睪丸的畸形所引起的，尚不清楚。”

本月在《Cell Research》發表的另一項研究中，中國幾家研究機構的科學家們，利用一種不同的技術，編輯小鼠精原干細胞中一個有缺陷的基因。在這項研究中，將攜帶更正基因的細胞移植到小鼠之后，小鼠能夠成功繁殖。

這些研究進展，可讓我們更好地了解干細胞和基因治療進展。編輯基因組的能力，可以促進我們對基因功能和精細胞分裂分化過程的分析。此外，該技術還可以用來檢測生殖失敗相關基因突變的功能重要性。

作為一項醫學進步，這些研究表明，糾正基因突變的技術，比以前的方法更為有效。而事實上，它們對精原干細胞起作用這一點特別重要。雖然基因治療可有效地治療某些疾病，但是患者擔心他們會把遺傳性疾病傳遞給后代。在未來的某時，我們可以通過修改患者的精原干細胞，來解決這一風險。

（生物通：王英）

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生物通推薦原文：
Fanslow DA, Wirt SE, Barker JC, Connelly JP, Porteus MH, et al. (2014) Genome Editing in Mouse Spermatogonial Stem/Progenitor Cells Using Engineered Nucleases. PLoS ONE 9(11): e112652. doi:10.1371/journal.pone.0112652

Yuxuan Wu, Hai Zhou, Xiaoying Fan4, Ying Zhang, Man Zhang, Yinghua Wang et al. Correction of a genetic disease by CRISPR-Cas9-mediated gene editing in mouse spermatogonial stem cells. Cell Research advance online publication 5 December 2014; doi: 10.1038/cr.2014.160