人們一直很期待定向的基因組改造工具。然而傳統(tǒng)的基因組靶向修飾方法，如同源重組和逆轉(zhuǎn)錄病毒法，不僅效率低，特異性也不高。

鋅指核酸酶（Zinc-finger nucleases, ZFN）技術(shù)是近年來(lái)科學(xué)家們開發(fā)的一種基因組靶向修飾新技術(shù)。ZFN是人工改造的限制酶，由鋅指結(jié)構(gòu)的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和DNA切割結(jié)構(gòu)域融合而成。它們能夠識(shí)別并結(jié)合指定的位點(diǎn)，高效且精確地切斷靶DNA。隨后細(xì)胞利用天然的DNA修復(fù)過程——“同源定向修復(fù)”或“非同源末端連接”來(lái)治愈靶的斷裂。這樣，研究人員就能夠隨心所欲地進(jìn)行基因組編輯，包括基因修復(fù)、基因刪除和定向的基因添加。

作為一種可能在臨床中得到廣泛應(yīng)用的朝陽(yáng)技術(shù)，鋅指核酸酶得到了多方關(guān)注，并已經(jīng)在幾種不同系統(tǒng)內(nèi)成功靶定了基因組，為生物學(xué)研究提供了新型工具。近期有報(bào)道稱桑加莫生物技術(shù)公司利用ZNF技術(shù)生成的CCR5修飾自體T細(xì)胞產(chǎn)品SB-728-T，作為首個(gè)進(jìn)入臨床的基因修飾藥物，在治療HIV/AIDS的I期臨床研究中獲得了令人滿意的結(jié)果。不斷傳來(lái)的進(jìn)展消息讓科學(xué)家們感覺將ZFN技術(shù)廣泛應(yīng)用到遺傳學(xué)研究及基因治療中的似乎已是指日可待了。

然而近日發(fā)布在國(guó)際著名科研期刊Nature官網(wǎng)上的一篇新聞報(bào)道有可能促使科學(xué)家們?cè)谡嬲龑NF技術(shù)運(yùn)用到臨床中去之前更慎重地開展更多的相關(guān)檢測(cè)研究。根據(jù)這則新聞的報(bào)道， 在8月7日同時(shí)發(fā)表在Nature出版社旗下子刊《Nature Biotechnology》和《Nature Methods》的兩篇研究論文中，研究人員指出這一技術(shù)在進(jìn)行基因修飾過程中存在著脫靶現(xiàn)象（off-target）。

原文索引

An unbiased genome-wide analysis of zinc-finger nuclease specificity.Nature Biotechnology Year published: (2011)DOI:doi:10.1038/nbt.1948

Revealing off-target cleavage specificities of zinc-finger nucleases by in vitro selection.Nature Methods Year published: (2011) DOI: doi:10.1038/nmeth.1670

在第一篇文章中，來(lái)自德國(guó)癌癥研究中心的腫瘤學(xué)家Christof von Kalle及其同事利用一種新方法檢測(cè)了鋅指核酸酶在細(xì)胞基因組中的插入位點(diǎn)。他們發(fā)現(xiàn)這些鋅指核酸酶生成了錯(cuò)誤的DNA斷裂，而這些斷裂位點(diǎn)根本無(wú)法用常規(guī)的方法進(jìn)行預(yù)測(cè)。

對(duì)此，美國(guó)猶他大學(xué)生物化學(xué)家Dana Carroll（未參與該研究）發(fā)表評(píng)論說(shuō)：“這一研究為鋅指核酸酶研究領(lǐng)域提供了一個(gè)重要的教訓(xùn)。它表明當(dāng)你在細(xì)胞中確實(shí)觀測(cè)到鋅指核酸酶完成了對(duì)DNA的切割時(shí)，有可能同時(shí)會(huì)發(fā)生某些之前你預(yù)計(jì)不到的事情。 ”

在第二篇文章中，來(lái)自哈佛大學(xué)的化學(xué)生物學(xué)家David Liu也采用一種新方法檢測(cè)了鋅指核酸酶生成的非特異性DNA斷裂。David Liu研究小組成員首先在一個(gè)大型的DNA文庫(kù)中篩選出了能被兩種鋅指核酸酶識(shí)別的DNA片段。隨后，他們?cè)谌祟惢蚪M中搜尋相似的序列，并檢測(cè)了鋅指核酸酶對(duì)體外培養(yǎng)的人類細(xì)胞中這些相似序列的識(shí)別切割情況。

David Liu發(fā)現(xiàn)在這些人類細(xì)胞中鋅指核酸酶造成了比預(yù)期更廣泛的DNA斷裂。他們采用的其中一種鋅指核酸酶與HIV臨床試驗(yàn)中采用的非常相似。研究人員發(fā)現(xiàn)在個(gè)別情況下，這種鋅指核酸酶可導(dǎo)致與癌癥相關(guān)的一種基因附近的DNA斷裂。

加州大學(xué)分子生物學(xué)家David Segal（未參與這項(xiàng)研究）表示：“目前尚無(wú)法預(yù)計(jì)這是否會(huì)對(duì)患者構(gòu)成危險(xiǎn)，因?yàn)樵谶@項(xiàng)研究中David Liu用鋅指核酸酶檢測(cè)的是培養(yǎng)的白血病細(xì)胞，而臨床試驗(yàn)藥物靶向的是一種免疫細(xì)胞——T細(xì)胞?！?/P>

桑加莫生物技術(shù)公司的首席科技官Philip Gregory慎重地表示在得知David Liu和von Kalle的研究結(jié)果后，他們就對(duì)所采用的鋅指核酸酶進(jìn)行了更進(jìn)一步的優(yōu)化。在正式進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn)前，他們將超過10億個(gè)遺傳修飾的細(xì)胞植入到了150只動(dòng)物中，對(duì)其副作用進(jìn)行了檢測(cè)，以確保使用的鋅指核酸酶的安全性。