Потпуно уметање гена сада је могуће у људске ћелије

Технологија за уређивање гена користи уреднике прајмера заједно са напредним ензимима познатим као рекомбиназе. Овај приступ има потенцијал да доведе до универзалних генских терапија које су ефикасне за стања као што је цистична фиброза.

Истраживачи са Института Броад МИТ-а и Универзитета Харвард имају напредну технологију за уређивање гена која сада може ефикасно убацити или заменити читаве гене у геноме људских ћелија, што их чини погодним за терапеутску употребу.

Овај напредак, направљен од лабораторије члана Броадцоре Института Давида Лиуа, могао би једног дана помоћи истраживачима да развију једну генску терапију за болести попут цистичне фиброзе које су узроковане једном од стотина или хиљада различитих мутација у гену. Користећи овај нови приступ, они ће моћи да убаце здраву копију гена на његову оригиналну локацију у геному, уместо да морају да креирају другачију генску терапију да би исправили сваку мутацију користећи друге приступе за уређивање гена који праве мање модификације.

Нова метода користи комбинацију основног уређивања, која може директно да направи широк спектар модификација до око 100 или 200 парова база, и новоразвијених рекомбинационих ензима који ефикасно убацују велике делове ћелија. ДНК Хиљаде парова база у дужини на одређеним локацијама у геному. Овај систем, назван ееПАССИГЕ, може да изврши измене величине гена неколико пута ефикасније од других сличних метода, и приказан је у Природа биомедицинског инжењерства.

„Према нашим сазнањима, ово је један од првих примера програмабилне циљане интеграције гена у ћелијама сисара који испуњава кључне критеријуме потенцијалног терапијског значаја“, рекао је Лиу, главни аутор студије, професор Рицхард Миркин и директор Истраживачког центра УЦЛА. . Миркин, професор трансформативних технологија у здравству у Броад-у, професор је на Универзитету Харвард и истраживач на Медицинском институту Хауард Хјуз. „С обзиром на ову ефикасност, очекујемо да би се многе, ако не и већина, генетске болести које губе функцију могле ублажити или спасити, ако се ефикасност коју посматрамо у култивисаним људским ћелијама може превести у клиничко окружење.

Дипломирани студент Смрити Пандеи и постдокторски истраживач Даниел Зхао, обоје у Лиуовој групи, били су коаутори студије, која је такође била сарадња са групом Марка Озборна на Универзитету у Минесоти и групом Елиота Чекова у Бетх Исраел Деацонесс Медицал Центер.

„Овај систем нуди обећавајуће могућности за ћелијске терапије, јер се може користити за прецизно увођење гена у ћелије изван тела пре него што их да пацијентима за лечење болести, између осталих апликација“, рекао је Панди.

„Узбудљиво је видети високу ефикасност и свестраност ееПАССИГЕ-а, који би могао да омогући нову класу геномских лекова“, додао је Гао. „Такође се надамо да ће то бити алат који научници из читаве истраживачке заједнице могу користити за проучавање основних биолошких питања.“

Велика побољшања

Многи научници су користили примарну монтажу да ефикасно стабилизују промене у ДНК до десетина парова база у дужини, што је довољно да исправи огромну већину познатих мутација које изазивају болест. Али уметање читавих нетакнутих гена, често дугих хиљада парова база, на њихову првобитну локацију у геному је дугогодишњи циљ у уређивању гена. Не само да би ово могло да излечи многе пацијенте без обзира на то коју мутацију имају у гену који изазива болест, већ би такође сачувао околну ДНК секвенцу, што би чинило вероватнијим да ће новопронађени ген бити правилно регулисан, а не прекомерно изражен. Или премало, или у погрешно време.

Године 2021, Лиуова лабораторија је известила о великом кораку ка овом циљу и развила кључни приступ уређивања назван ТвинПЕ који је инсталирао рекомбинантна „места за слетање“ у геном, а затим користио природне рекомбинантне ензиме као што је Бкб1 да катализује уметање нове ДНК у примарни мобилни. Уређени циљни сајтови.

Убрзо је биотехнолошка компанија Приме Медицине, коју је Лиу суоснивао, почела да користи технологију, коју су назвали ПАССИГЕ (пример-ассистед интегративе сите-специфиц ген едитинг), за развој третмана за генетске болести.

ПАССИГЕ инсталира модификације у само делић ћелија, довољне за лечење неких, али можда не и већине, генетских болести које су резултат губитка функционалног гена. Дакле, у новом раду објављеном данас, Лиуов тим је кренуо да побољша ПАССИГЕ-ову ефикасност уређивања. Открили су да је рекомбинантни ензим Бкб1 био разлог за смањење ефикасности ПАССИГЕ. Затим су користили алат који је претходно развила Лиуова група под називом корак (континуирана еволуција потпомогнута фагом) за брзи развој ефикаснијих верзија Бкб1 у лабораторији.

Новоразвијена и пројектована варијанта Бкб1 (ееБкб1) је побољшала методу ееПАССИГЕ како би у ћелије миша и човека укључила у просеку 30 одсто више терета величине гена, четири пута више од оригиналне технологије и око 16 пута више од друге недавно објављене методе. звано спајање.

„Систем ееПАССИГЕ пружа обећавајућу основу за студије које интегришу здраве транскрипте гена у наше одабране локусе у ћелијским и животињским моделима генетских болести за лечење поремећаја губитка функције“, рекао је Лиу. „Надамо се да ће се овај систем показати као важан корак ка доношењу предности циљане интеграције гена пацијентима.“

Имајући овај циљ на уму, Лиуов тим сада ради на комбиновању ееПАССИГЕ са системима за испоруку као што су Честице сличне вирусу (еВЛП) који могу да превазиђу Хурдлес Што је традиционално ограничавало терапеутско уношење уређивача гена у тело.

Референца: „Ефикасна интеграција великих гена специфичних за локацију у ћелије сисара путем рекомбинације која се стално развија и процеса уређивања прајмера“ од Смрити Пандеи, Схане Д. Гао, Николас А. Краснов, Амбер МцЕлрои, И. Ален Тао, Џордин Е. Доби, Бењамин Ј. Стеинбецк, Јулиа МцЦреари, Сарах Е. Пирс, Џејкоб Толар, Торстен Б. Мајснер, Елиот Л. Чеков, Марк Ј. Озборн и Дејвид Р. Лав, 10.06.2024. Природа биомедицинског инжењерства.
дои: 10.1038/с41551-024-01227-1

Овај рад је делимично подржан од Национални институти за здрављеФондација Билл & Мелинда Гејтс и Медицински институт Хауард Хјуз.