基因疗法是指将遗传信息转移给患者以治疗疾病。此类疗法的临床研究始于 1990 年,用于治疗一种罕见的免疫缺陷病,自那时起,到 2019 年,临床研究已扩展到近 1,000 项 (1,2)。基因治疗对遗传病的目标是使转移基因长期表达到足够高的水平以达到治疗效果,这种方法有时称为增强基因疗法。转移基因通常是突变基因的正常拷贝。治疗方法还可以通过 RNA 干扰或基因组编辑工具抑制有害基因的表达。新型编辑技术通过与供体模板进行同源重组或使用碱基编辑技术,为在精确的基因组位置上校正突变基因开辟了可能性 (3)。虽然目前大多数获批的基因治疗产品和处于后期临床开发阶段的产品都是基于基因增强,但一些基因编辑策略现在正在进入临床试验阶段,并且很可能在不久的将来改变商业格局。
摘要 本综述介绍了 DNA 微阵列技术及其应用的最新进展。介绍了多种 DNA 微阵列或 DNA 芯片设备和系统,以及它们的制造方法和用途。这包括用于高通量筛选应用的高密度微阵列和用于各种诊断应用的低密度微阵列。所综述的微阵列制造方法包括各种喷墨和微喷射沉积或点样技术和工艺、原位或芯片上光刻寡核苷酸合成工艺以及电子 DNA 探针寻址工艺。所综述的 DNA 微阵列杂交应用包括基因表达分析和点突变、单核苷酸多态性 (SNP) 和短串联重复序列 (STR) 基因分型的重要领域。除了许多分子生物学和基因组学研究用途外,本综述还涵盖了微阵列设备和系统在药物基因组学研究和药物发现、传染病和遗传病和癌症诊断以及法医和遗传鉴定方面的应用。此外,还回顾了正在开发并应用于蛋白质组学和细胞分析新领域的微阵列技术。
基因治疗是一种新技术,利用来自多个来源的基因来治疗或预防不同的疾病。该技术通过将基因插入患者细胞而不是使用药物或手术来治疗疾病(包括遗传性疾病、某些类型的癌症和某些病毒感染)。该技术的原理包括替换、灭活或将新基因引入体内,用于代谢操纵、基因增强或手术方法。基因治疗采用多种技术插入新基因,既可以使用病毒载体(逆转录病毒、腺病毒),也可以使用非病毒载体(注射裸露的 DNA、增强基因传递的物理方法(电穿孔、声孔)或增强基因传递的化学方法(寡核苷酸、混合方法)。这种新技术有许多优点和缺点,此外还存在许多使其在实践中难以应用的伦理和社会问题。科学家认为,基因治疗是治疗不同类型疾病最有前途的应用。基因治疗在医学领域正在兴起;科学家相信,20 年后,这将是所有遗传病的最后治疗方法。
神经精神疾病在遗传上很复杂,遵循由数千种风险变异和基因组成的多基因结构。1 与孟德尔遗传病(可通过分析单个基因获得可推广的机制见解)不同,复杂遗传疾病的病因围绕基因的功能组或通路进行组织。1 预计这些组中的基因将共同调节并在允许通路发挥作用的水平上表达。2,3 RNA 共表达和蛋白质-蛋白质相互作用 (PPI) 网络为理解此类基因组如何组织提供了一个强大的概念框架,并具有预测能力,可以优先考虑多基因疾病中的疾病相关变异。4,5,6 该框架通过将基因排列成更小、更易处理且连贯的模块集以进行实验分析,有助于表征相关的生物通路。此外,基因共表达网络可以通过将目标组织中普遍存在的细胞类型和细胞状态共同变化的基因连接在一起,进一步加深我们对复杂多基因疾病的理解。 7,8
BIOL 436 人类分子遗传学 CRN 20368 冬季学期,2020 讲座在 Clearihue 大楼 212 举行,周一和周四上午 10:00-11:20。课程协调员和讲师:Francis Choy 博士,Cunningham 大楼 062 室。电话 721-7107,电子邮件:FCHOY@UVIC.CA。教科书:由于讲座材料来自当前期刊和一些参考教科书,因此不会有单独的指定教科书。所有讲座笔记(PDF)都可以从 UVic CourseSpaces 下载 BIOL 436。参考教科书是:Strachan & Read 的《人类分子遗传学》,第 5 版,2019 年;Taylor & Francis 和 Garland Science Publishers;Jorde 的《医学遗传学》,第 6 版,2019 年,Mosby-Elsevier。人类遗传学,Lewis 编著,第 12 版,2018 年,McGraw-Hill 出版社。评分方式:期中考试,50%;期末考试,50%。两次考试的形式均为论文、简答题和多项选择题。成绩:≥90% = A+,≥85% = A,≥80% = A-;≥77% = B+;≥73% = B;≥70% = B-;≥65% = C+,≥60% = C,≥50% = D;低于 50% = F。没有 E 级或补考。暂定时间表 1 月 6 日、9 日人类线粒体基因组的组织和表达;线粒体酶病的生化和分子遗传学 1 月 13 日线粒体 DNA 疾病的当前预防; Mt 基因组学和人类学 1 月 16 日 人类核基因组的组织和表达 1 月 20、23 日 人类多基因家族:进化和遗传疾病的影响 1 月 27、30 日 HLA(人类白细胞抗原)的分子遗传学和免疫遗传学 I 2 月 3、6 日 免疫遗传学 II 和 III 2 月 10 日 第一次期中考试 2 月 13 日 客座讲座,主题待定 2 月 17-21 日 各院系阅读休息 2 月 24、27 日 血红蛋白病的分子遗传学 3 月 2、5 日 糖尿病的生化和分子遗传学 I 和 II 3 月 9、12 日 基因筛查和群体遗传学 I 和 II 3 月 16 日 第二次期中考试 3 月 19、23 日 遗传病治疗 I 和 II 3 月 30 日 CRISPR 碱基编辑器和主要编辑以及其他用于治疗遗传病的技术 4 月 2 日 药物基因组学和精准医学
UX111 正处于临床开发阶段,用于治疗 IIIA 型粘多糖贮积症 (MPS IIIA)。MPS 又称 Sanfilippo 综合征,是一种罕见的遗传病,会导致致命的脑损伤,是一种儿童痴呆症。MPS III 是由缺乏一种酶引起的,这种酶通常会分解和回收一种称为硫酸肝素的大型复杂糖分子。这种硫酸肝素会积聚并损害身体细胞,特别是大脑和脊髓。MPS IIIA 是 MPS III 的一个亚型,是由基因变化引起的。患有 MPS IIIA 的儿童通常在 2-5 岁时出现发育迟缓。智力和运动发育在 3-6 岁时达到顶峰,此后通常会出现智力下降。死亡可能发生在 10 岁之前,也可能要到 30 或 40 岁左右,平均死亡年龄在 15 至 20 岁左右。目前尚无针对 MPS IIIA 的获批治疗方法。因此,MPS IIIA 的治疗方案仍存在很大的未满足需求。
摘要:全色盲是一种常染色体隐性遗传病,患者视锥细胞会逐渐退化,导致色盲和视力下降,以及其他严重的眼部病变。它属于一类遗传性视网膜营养不良症,目前尚无治疗方法。尽管一些正在进行的基因治疗研究报告了功能改善,但仍应开展更多努力和研究以增强其临床应用。近年来,基因组编辑已成为个性化医疗最有前途的工具之一。在本研究中,我们旨在通过 CRISPR/Cas9 和 TALENs 技术纠正全色盲患者 hiPSC 中的纯合 PDE6C 致病变异。在这里,我们展示了 CRISPR/Cas9 的高基因编辑效率,但 TALENs 近似值不高。尽管少数经过编辑的克隆表现出杂合的靶向缺陷,但具有潜在恢复的野生型 PDE6C 蛋白的校正克隆的比例占所分析克隆总数的一半以上。此外,它们中没有一个出现脱靶畸变。这些结果对单核苷酸基因编辑的进展和未来治疗全色盲的策略的发展做出了重大贡献。
CRISPR-Cas 系统可通过非同源末端连接 (NHEJ) 基因破坏突变等位基因来治疗常染色体显性遗传病。然而,目前的 CRISPR-Cas 系统无法将许多单核苷酸突变与野生型等位基因区分开来。在这里,我们对六种 Cas12j 核酸酶进行了功能性筛选,并确定 Cas12j-8 是一种具有超紧凑尺寸的理想基因组编辑器。Cas12j-8 表现出与 AsCas12a 和 Un1Cas12f1 相当的活性。Cas12j-8 是一种高度特异性的核酸酶,对原间隔区相邻基序 (PAM) - 近端区域中的单核苷酸错配敏感。我们通过实验证明 Cas12j-8 能够对具有单核苷酸多态性 (SNP) 的基因进行等位基因特异性破坏。Cas12j-8 识别简单的 TTN PAM,可提供高靶位点密度。计算机模拟分析显示,Cas12j-8 能够对 ClinVar 数据库中的 25,931 个临床相关变异和 dbSNP 数据库中的 485,130,147 个 SNP 进行等位基因特异性破坏。因此,Cas12j-8 特别适合用于治疗应用。
在欧盟,罕见病是指发病率低于 2000 分之一的疾病。目前已发现的罕见病约有 7,000 种,估计总共影响英国人口的 1/17(约 350 万人)。其中近 5,000 种罕见病是由单个基因中高度渗透的变异引起的单基因病。罕见病的分子遗传学诊断需要确定单个致病变异(或常染色体隐性遗传条件下的双等位基因变异)。及时准确的分子诊断对于为患者及其家人提供最佳护理至关重要,尤其是在针对性治疗方面(Saunders 等人,2012 年)。然而,罕见遗传病的诊断可能是一项挑战,取决于对疾病分子病因的深入了解。分子遗传诊断可以为疾病进行可靠的分类、提供预后信息、为亲属进行准确的风险预测,更重要的是可以指明最合适的治疗方法、为临床筛查、预防策略或临床试验提供信息,并促进获得支持服务和患者主导的支持团体。
摘要 神经节苷脂单唾液酸 (GM1) 神经节苷脂沉积症是一种罕见的常染色体隐性遗传病,通常由 GLB1 基因中的有害单核苷酸变异 (SNV) 引起。这些变异导致 b-半乳糖苷酶 (b-gal) 活性降低,从而导致与过早死亡相关的神经退行性病变。目前,尚无有效的 GM1 神经节苷脂沉积症治疗方法。正在进行的三项临床试验旨在提供 GLB1 基因的功能性拷贝以阻止疾病进展。在这项研究中,我们表明 41% 的 GLB1 致病 SNV 可以被腺嘌呤碱基编辑器 (ABE) 取代。我们的结果表明,ABE 可以有效地纠正患者来源的成纤维细胞中的致病等位基因,恢复 b-gal 活性的治疗水平。脱靶 DNA 分析未检测到接受治疗的患者细胞中的脱靶编辑活动,除了基于 3D 结构生物信息学预测的不影响 b-gal 活性的旁观者编辑。总之,我们的结果表明基因编辑可能是治疗 GM1 神经节苷脂沉积症的替代策略。