利用CRISPR/Cas9基因编辑技术实现β-globin基因在造血干细胞中高效敲入治疗地中海贫血的研究

项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81870149
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H08.血液系统
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

β-thalassaemia is caused by mutations in the β-globin (HBB) gene and affects millions of people worldwide. Allogeneic hematopoietic stem cell transplantation as a curative option is currently recommended for β-thalassaemia if a human leukocyte antigen (HLA)-matched sibling donor is available. However, fewer than 25% of patients have a suitable intrafamilial donor. Severe adverse events include graft failure, graft-versus-host disease (GVHD), early or late side effects from conditioning regimens that are both myeloablative and immunosuppressive (infections, hemorrhages, secondary malignancies), and aggravation of preexisting organ damage. For patients who lack a suitable HLA-matched donor, ex vivo gene therapy using autologous HSCs brings hope as a potential curative treatment option. Ex vivo gene correction in patient-derived haematopoietic stem cells followed by autologous transplantation could be used to cure β-thalassaemia. But the gene mutation type of globin in β-thalassaemia is very diverse, preventing the design for therapies to target every single mutation. To solve this problem, we propose an alternative strategy- improve the gene editing efficiency of CRISPR/ Cas9 in hematopoiesis stem cells by using a double cutting template system to precisely insert the HBB sequence (about 1.5 kb) into the HBB locus. We expect that the survival rate of hematopoietic stem cells after nucleofection and editing will be improved by adding anti-apoptotic proteins. The targeting efficiency and specificity will also be improved by screening multiple sgRNAs. This project, if successful, would lead to the development of novel hematopoietic stem cell gene therapy strategy for clinical treatment of hereditary diseases such as thalassemia.
地中海贫血是世界上最常见的一种常染色体遗传病,由于珠蛋白HBB基因缺失或突变引起。异基因造血干细胞移植能够治愈地贫,但MHC完全匹配率低而且有GVHD等并发症的风险。β-珠蛋白的基因突变类型多样化,如果采用基因修复的方式针对每个突变进行修复,工作量极大,难以开发出标准的临床治疗方案。我们将开发一种适用于所有中国地中海贫血患者替代方案-用病人自身的造血干细胞通过CRISPR基因编辑技术导入没有变异的β-珠蛋白HBB序列(大约1.5kb)。将利用我们开发的双切模板引导同源重组插入,有望提高HSC基因编辑效率5-10倍。还将通过设计精准高效且低脱靶率的sgRNA来提高打靶效率和特异性;通过在电转过程中加入抗凋亡因子提高造血干细胞转染后存活率。我们预期,本项目研究成功后,将为造血干细胞基因治疗在地中海贫血等遗传性疾病中的临床应用开辟先河。

结项摘要

地中海贫血是珠蛋白HBB基因缺失或突变引起的一种常染色体遗传病。通过造血干细胞基因编辑治疗有望彻底治愈该疾病。我们研究了一系列优化造血干细胞基因编辑的方法包括:加入抗凋亡基因BCL-XL提高细胞存活率和基因编辑效率;使用组蛋白去乙酰化酶抑制剂HDACi在基因组的非开放位点实现高效的基因编辑;设计精准高效且低脱靶率的sgRNA来提高打靶效率和特异性;利用CRISPR-Cas9靶向内含子进行基因编辑,并建立报告细胞系以扩大CRISPR-Cas9基因编辑技术的应用范围;优化sgRNA长度和骨架序列,促进SaCas9基因编辑工具的高效体内外基因敲入。最终成功实现在造血干细胞中高效进行基因编辑,并设计了一种截短型HBB表达载体用于地贫基因治疗。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
Curing hemophilia A by NHEJ-mediated ectopic F8 insertion in the mouse.
通过 NHEJ 介导的异位 F8 插入小鼠来治愈 A 型血友病。
  • DOI:
    10.1186/s13059-019-1907-9
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Genome Biology
  • 影响因子:
    12.3
  • 作者:
    Zhang Jian-Ping;Cheng Xin-Xin;Zhao Mei;Li Guo-Hua;Xu Jing;Zhang Feng;Yin Meng-Di;Meng Fei-Ying;Dai Xin-Yue;Fu Ya-Wen;Yang Zhi-Xue;Arakaki Cameron;Su Ruijun Jeanna;Wen Wei;Wang Wen-Tian;Chen Wanqiu;Choi Hannah;Wang Charles;Gao Guangping;Zhang Lei;Cheng Tao
  • 通讯作者:
    Cheng Tao
Modulation of Immune Reaction in Hydrodynamic Gene Therapy for Hemophilia A
A 型血友病水动力基因治疗中免疫反应的调节
  • DOI:
    10.1089/hum.2021.145
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Human Gene Therapy
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Mei Zhao;Yi-Dan Sun;Meng-Di Yin;Juan-Juan Zhao;Si-Ang Li;Guo-Hua Li;Feng Zhang;Jing Xu;Fei-Ying Meng;Beldon Zhang;Xin-Yu Sun;Jian-Ping Zhang;Tao Cheng;Xiao-Bing Zhang
  • 通讯作者:
    Xiao-Bing Zhang
Dynamics and competition of CRISPR-Cas9 ribonucleoproteins and AAV donor-mediated NHEJ, MMEJ and HDR editing.
CRISPR-Cas9 核糖核蛋白和 AAV 供体介导的 NHEJ、MMEJ 和 HDR 编辑的动态和竞争。
  • DOI:
    10.1093/nar/gkaa1251
  • 发表时间:
    2021-01-25
  • 期刊:
    Nucleic acids research
  • 影响因子:
    14.9
  • 作者:
    Fu YW;Dai XY;Wang WT;Yang ZX;Zhao JJ;Zhang JP;Wen W;Zhang F;Oberg KC;Zhang L;Cheng T;Zhang XB
  • 通讯作者:
    Zhang XB
Effective control of large deletions after double-strand breaks by homology-directed repair and dsODN insertion.
通过同源定向修复和 dsODN 插入有效控制双链断裂后的大缺失。
  • DOI:
    10.1186/s13059-021-02462-4
  • 发表时间:
    2021-08-20
  • 期刊:
    Genome biology
  • 影响因子:
    12.3
  • 作者:
    Wen W;Quan ZJ;Li SA;Yang ZX;Fu YW;Zhang F;Li GH;Zhao M;Yin MD;Xu J;Zhang JP;Cheng T;Zhang XB
  • 通讯作者:
    Zhang XB
Improved and Flexible HDR Editing by Targeting Introns in iPSCs.
通过靶向 iPSC 中的内含子改进和灵活的 HDR 编辑
  • DOI:
    10.1007/s12015-022-10331-1
  • 发表时间:
    2022-06
  • 期刊:
    STEM CELL REVIEWS AND REPORTS
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Fu, Juan;Fu, Ya-Wen;Zhao, Juan-Juan;Yang, Zhi-Xue;Li, Si-Ang;Li, Guo-Hua;Quan, Zi-Jun;Zhang, Feng;Zhang, Jian-Ping;Zhang, Xiao-Bing;Sun, Chang-Kai
  • 通讯作者:
    Sun, Chang-Kai
共 6 条
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    张健萍;程涛;张孝兵
  • 通讯作者:
    张孝兵
CRISPR/Cas9-sgRNA全基因组文库筛选人单核细胞白血病功能性促癌/抑癌基因体系的建立与优化
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    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国科学:生命科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    白杨;张健萍;张孝兵;程涛
  • 通讯作者:
    程涛
共 2 条
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    18.0 万元
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    青年科学基金项目