Technológia úpravy génov využíva editory primérov spolu s pokročilými enzýmami známymi ako rekombinázy. Tento prístup má potenciál viesť k univerzálnym génovým terapiám, ktoré sú účinné pri stavoch, ako je cystická fibróza.

Výskumníci z Broad Institute of MIT a Harvard University majú pokročilú technológiu na úpravu génov, ktorá teraz dokáže efektívne vložiť alebo nahradiť celé gény do genómov ľudských buniek, vďaka čomu sú vhodné na terapeutické použitie.

Tento pokrok, ktorý urobilo laboratórium člena Broadcore Institute David Liu, by jedného dňa mohol pomôcť výskumníkom vyvinúť jedinú génovú terapiu pre choroby, ako je cystická fibróza, ktoré sú spôsobené jednou zo stoviek alebo tisícok rôznych mutácií v géne. Pomocou tohto nového prístupu budú môcť vložiť zdravú kópiu génu na jeho pôvodné miesto v genóme, namiesto toho, aby museli vytvárať inú génovú terapiu na opravu každej mutácie pomocou iných prístupov na úpravu génov, ktoré robia menšie úpravy.

Nová metóda využíva kombináciu primárnej úpravy, ktorá môže priamo vykonať širokú škálu modifikácií až do približne 100 alebo 200 párov báz, a novo vyvinuté rekombinantné enzýmy, ktoré efektívne vkladajú veľké kusy buniek. DNA Tisíce párov báz v dĺžke na špecifických miestach v genóme. Tento systém, nazývaný eePASSIGE, dokáže vykonávať úpravy veľkosti génov niekoľkonásobne efektívnejšie ako iné podobné metódy a uvádza sa v Povaha biomedicínskeho inžinierstva.

„Pokiaľ je nám známe, toto je jeden z prvých príkladov programovateľnej cielenej génovej integrácie v cicavčích bunkách, ktorá spĺňa kľúčové kritériá potenciálneho terapeutického významu,“ povedal Liu, vedúci autor štúdie, profesor Richard Mirkin a riaditeľ Výskumného centra UCLA. . Mirkin, profesor transformačných technológií v zdravotníctve na Broad, je profesorom na Harvardskej univerzite a vyšetrovateľom na Howard Hughes Medical Institute. „Vzhľadom na túto účinnosť predpokladáme, že mnohé, ak nie väčšina, genetických chorôb so stratou funkcie by sa mohlo zlepšiť alebo zachrániť, ak sa účinnosť, ktorú pozorujeme v kultivovaných ľudských bunkách, prenesie do klinického prostredia.“

Postdoktorand Smriti Pandey a postdoktorandský výskumník Daniel Zhao, obaja v Liuovej skupine, boli spoluautormi štúdie, ktorá bola tiež v spolupráci so skupinou Marka Osborneho na University of Minnesota a skupinou Eliota Chekova v Beth Israel Deaconess Medical Center.

„Tento systém ponúka sľubné príležitosti pre bunkové terapie, pretože sa dá použiť na presné zavedenie génov do buniek mimo tela predtým, ako ich poskytne pacientom na liečbu chorôb, okrem iného,“ povedal Pandey.

„Je vzrušujúce vidieť vysokú účinnosť a všestrannosť eePASSIGE, ktorá by mohla umožniť novú triedu genómových liekov,“ dodal Gao. „Dúfame tiež, že to bude nástroj, ktorý môžu vedci z celej výskumnej komunity použiť na štúdium základných biologických otázok.“

Hlavné vylepšenia

Mnoho vedcov použilo primárnu úpravu na účinnú stabilizáciu zmien v DNA až do dĺžky desiatok párov báz, čo je dostatočné na opravu veľkej väčšiny známych mutácií spôsobujúcich choroby. Ale vloženie celých intaktných génov, často dlhých tisíce párov báz, do ich pôvodného umiestnenia v genóme, bolo dlhodobým cieľom pri úprave génov. Nielenže by to mohlo vyliečiť mnohých pacientov bez ohľadu na to, akú mutáciu majú v géne spôsobujúcom chorobu, ale tiež by sa zachovala okolitá sekvencia DNA, čím by sa zvýšila pravdepodobnosť, že novo nájdený gén bude správne regulovaný, a nie nadmerne exprimovaný. Alebo príliš málo, alebo v nesprávny čas.

V roku 2021 laboratórium Liu ohlásilo významný krok smerom k tomuto cieľu a vyvinulo kľúčový editačný prístup nazvaný TwinPE, ktorý nainštaloval rekombinantné „pristávacie miesta“ v genóme a potom použil prirodzené rekombinantné enzýmy, ako je Bxb1, na katalyzovanie vloženia novej DNA do primárnej DNA. bunka. Upravené cieľové stránky.

Čoskoro biotechnologická spoločnosť Prime Medicine, ktorú Liu spoluzaložil, začala používať technológiu, ktorú nazvali PASSIGE (primer-assisted integrative site-specific gene edit), na vývoj liečby genetických chorôb.

PASSIGE inštaluje modifikácie len do zlomku buniek, čo stačí na liečbu niektorých, ale možno nie väčšiny, genetických chorôb, ktoré sú výsledkom straty funkčného génu. Takže v novej práci, ktorá bola dnes oznámená, sa Liuov tím rozhodol zvýšiť efektivitu úprav PASSIGE. Zistili, že rekombinantný enzým Bxb1 bol dôvodom zníženia účinnosti PASSIGE. Potom použili nástroj, ktorý predtým vyvinula Liuova skupina tzv krok (fágom asistovaná kontinuálna evolúcia), aby sa v laboratóriu rýchlo vyvinuli efektívnejšie verzie Bxb1.

Novo vyvinutý a skonštruovaný variant Bxb1 (eeBxb1) vylepšil metódu eePASSIGE tak, aby do myších a ľudských buniek začlenila v priemere o 30 percent viac génového nákladu, čo je štyrikrát viac ako pôvodná technológia a asi 16-krát viac ako iná nedávno publikovaná metóda. nazývaný spoj.

„Systém eePASSIGE poskytuje sľubný základ pre štúdie, ktoré integrujú zdravé génové transkripty do nami vybraných lokusov v bunkových a zvieracích modeloch genetických chorôb na liečbu porúch straty funkcie, “ povedal Liu. „Dúfame, že tento systém sa ukáže ako dôležitý krok smerom k poskytovaniu výhod cielenej génovej integrácie pacientom.“

S týmto cieľom teraz Liuov tím pracuje na spojení eePASSIGE s doručovacími systémami, ako napr. Častice podobné vírusom (eVLP), ktoré môžu prekonať Prekážky Čo už tradične obmedzuje terapeutické dodávanie génových editorov do tela.

Odkaz: „Efektívna miestne špecifická integrácia veľkých génov do buniek cicavcov prostredníctvom neustále sa vyvíjajúcej rekombinácie a procesov úpravy primérov“ od Smriti Pandey, Shane D. Gao, Nicholas A. Krasnow, Amber McElroy, Y. Allen Tao, Jordyn E. Dobie, Benjamin J. Steinbeck, Julia McCreary, Sarah E. Pierce, Jacob Tollar, Torsten B. Meissner, Elliot L. Chekov, Mark J. Osborne a David R. Lev, 10. júna 2024, Povaha biomedicínskeho inžinierstva.
doi: 10.1038/s41551-024-01227-1

Táto práca bola čiastočne podporovaná Národný inštitút zdraviaNadácia Billa a Melindy Gatesových a Lekársky inštitút Howarda Hughesa.