脆性X染色體綜合征（fragile X syndrome）是男性智力殘疾的最常見原因，其中每3600名出生的男孩中就有一人受到影響。這種綜合征還能夠?qū)е伦蚤]癥狀，如社交和溝通障礙，以及注意力問題和活動過度。目前，這種疾病是無法治愈的。

脆性X染色體綜合征是由X染色體上的FMR1基因發(fā)生突變引起的。甲基化會阻止這個發(fā)生突變的基因表達。已證實在大腦發(fā)育期間，缺乏FMR1編碼的蛋白會引起與這種綜合征相關(guān)的神經(jīng)元過度興奮。如今，在一項新的研究中，來自美國懷特黑德生物醫(yī)學(xué)研究所的研究人員首次使用他們開發(fā)的一種移除甲基化的改進型CRISPR / Cas9系統(tǒng)恢復(fù)了受這種疾病影響的神經(jīng)元中的FMR1基因活性，這提示著這種方法可能經(jīng)證實是一種靶向由異常甲基化引起的疾病的有用范例。相關(guān)研究結(jié)果于2018年2月15日在線發(fā)表在Cell期刊上，論文標(biāo)題為“Rescue of Fragile X Syndrome Neurons by DNA Methylation Editing of the FMR1 Gene”。論文通信作者為懷特黑德生物醫(yī)學(xué)研究所創(chuàng)始成員Rudolf Jaenisch。

這項研究是首個直接的證據(jù)表明對FMR1基因的特定片段進行去甲基化能夠重新激活這個基因，從而拯救受脆性X染色體綜合征影響的神經(jīng)元（以下稱脆性X染色體綜合征神經(jīng)元）。

FMR1基因序列包括一系列三核苷酸（CGG）重復(fù)序列，并且這些重復(fù)序列的長度決定了一個人是否會患上脆性X染色體綜合征：該基因的正常版本包含5～55個CGG重復(fù)序列，而具有 56～200個CGG重復(fù)序列的基因版本被認為具有更高的風(fēng)險產(chǎn)生這種綜合征的一些癥狀，而那些超過200個CGG重復(fù)序列的基因版本將會產(chǎn)生這種綜合癥。

迄今為止，將FMR1中過多的CGG重復(fù)序列與脆性X染色體綜合征相關(guān)聯(lián)在一起的機制尚未得到很好的理解。但是論文第一作者、Jaenisch實驗室博士后研究員Shawn Liu和其他人認為這些核苷酸重復(fù)序列上存在的甲基化可能在抑制這個基因的表達中發(fā)揮著重要的作用。

為了檢驗這一假設(shè)，Liu利用他最近與Jaenisch實驗室博士后研究員Hao Wu共同開發(fā)的一種基于CRISPR/Cas9的技術(shù)移除FMR1中的這些重復(fù)序列上的甲基化標(biāo)簽。這種技術(shù)能夠添加或刪除特定DNA片段的甲基化標(biāo)簽。移除這些甲基化標(biāo)簽會讓FMR1基因的表達恢復(fù)到正常的水平。關(guān)于這種技術(shù)的詳細介紹發(fā)表在2016年9月22日的Cell期刊上，相關(guān)論文標(biāo)題為“Editing DNA Methylation in the Mammalian Genome”。

Jaenisch說，“這些結(jié)果是非常令人吃驚的---這項研究幾乎完全恢復(fù)了FMR1基因的野生型表達水平。通常當(dāng)科學(xué)家測試治療性干預(yù)措施時，他們僅實現(xiàn)部分恢復(fù)，因此這些結(jié)果是非常顯著的。” 

這個重新激活的FMR1基因拯救由受到脆性X染色體綜合征影響的誘導(dǎo)性多能干細胞（以下稱X染色體綜合征ips細胞）產(chǎn)生的神經(jīng)元，從而逆轉(zhuǎn)與這種綜合征相關(guān)的異常電活動。當(dāng)將被拯救的神經(jīng)元移植到小鼠的大腦中時，F(xiàn)MR1基因在這些神經(jīng)元中的活性保持至少3個月的時間，這表明這種受到校正的甲基化可能在這種小鼠中是可持續(xù)的。

Liu說，“我們證實這種疾病在神經(jīng)元水平上是可逆的。當(dāng)我們移除由脆性X染色體綜合征ips細胞產(chǎn)生的神經(jīng)元中的CGG重復(fù)序列上的甲基化時，我們實現(xiàn)了FMR1基因的完全激活。”

這種基于CRISPR/Cas9的技術(shù)也可能用于治療由異常甲基化引起的其他疾病，包括面肩肱型肌營養(yǎng)不良癥（facioscapulohumeral muscular dystrophy）和印記疾病。

Jaenisch說，“這項研究驗證了這種靶向基因甲基化的方法，而且這將成為科學(xué)家們按照這種方法治療其他疾病的范例。”（世聯(lián)博研(Bioexcellence) bioon.com）