Genų redagavimo technologija naudoja pradmenų redaktorius kartu su pažangiais fermentais, žinomais kaip rekombinazės. Šis metodas gali paskatinti universalias genų terapijas, kurios yra veiksmingos tokioms ligoms kaip cistinė fibrozė.

Plačiojo MIT instituto ir Harvardo universiteto mokslininkai turi pažangią genų redagavimo technologiją, kuri dabar gali efektyviai įterpti arba pakeisti ištisus genus į žmogaus ląstelių genomus, todėl jie tinkami terapiniam naudojimui.

Šis pažanga, padaryta Broadcore instituto nario Davido Liu laboratorijoje, vieną dieną galėtų padėti mokslininkams sukurti vieną genų terapiją tokioms ligoms kaip cistinė fibrozė, kurią sukelia viena iš šimtų ar tūkstančių skirtingų geno mutacijų. Naudodami šį naują metodą, jie galės įterpti sveiką geno kopiją į pradinę genomo vietą, o ne sukurti skirtingą genų terapiją, kad ištaisytų kiekvieną mutaciją, naudojant kitus genų redagavimo metodus, kurie atlieka mažesnius pakeitimus.

Naujasis metodas naudoja pagrindinio redagavimo derinį, kuris gali tiesiogiai atlikti daugybę modifikacijų iki maždaug 100 ar 200 bazinių porų, ir naujai sukurtus rekombinacinius fermentus, kurie efektyviai įterpia didelius ląstelių gabalus. DNR Tūkstančiai bazinių porų ilgio tam tikrose genomo vietose. Ši sistema, vadinama eePASSIGE, gali atlikti genų dydžio pakeitimus kelis kartus efektyviau nei kiti panašūs metodai. Biomedicininės inžinerijos pobūdis.

„Mūsų žiniomis, tai yra vienas iš pirmųjų programuojamų tikslinių genų integracijos žinduolių ląstelėse pavyzdžių, atitinkančių pagrindinius potencialios terapinės reikšmės kriterijus“, – sakė Liu, tyrimo pagrindinis autorius, Richardas Mirkinas profesorius ir UCLA tyrimų centro direktorius. . Mirkinas, Broad'o sveikatos priežiūros transformuojamųjų technologijų profesorius, yra Harvardo universiteto profesorius ir Howardo Hugheso medicinos instituto tyrėjas. „Atsižvelgdami į šiuos veiksmingumus, tikimės, kad daugelis, jei ne dauguma, genetinių ligų, kurių funkcijos netekimas, gali būti pagerintos arba išgelbėtos, jei efektyvumas, kurį stebime kultivuojamose žmogaus ląstelėse, gali būti panaudotas klinikinėje aplinkoje.

Absolventas Smriti Pandey ir doktorantas Danielis Zhao, abu Liu grupėje, buvo tyrimo, kuris taip pat buvo bendradarbiaujant su Marko Osborne'o grupe Minesotos universitete ir Elioto Čekovo grupe Beth Israel Deaconess medicinos centre, bendraautoriai.

„Ši sistema siūlo daug žadančių ląstelių terapijos galimybių, nes ji gali būti naudojama tiksliai įvesti genus į ląsteles už kūno ribų, prieš suteikiant juos pacientams gydyti ligas, be kitų programų”, – sakė Pandey.

„Įdomu matyti didelį eePASSIGE efektyvumą ir universalumą, kuris gali sudaryti sąlygas naujai genominių vaistų klasei“, – pridūrė Gao. „Mes taip pat tikimės, kad tai bus priemonė, kurią mokslininkai iš visos mokslinių tyrimų bendruomenės galės panaudoti tyrinėdami esminius biologinius klausimus.

Pagrindiniai patobulinimai

Daugelis mokslininkų naudojo pagrindinį redagavimą, kad efektyviai stabilizuotų iki dešimčių bazinių porų ilgio DNR pokyčius, kurių pakanka daugumai žinomų ligas sukeliančių mutacijų ištaisyti. Tačiau ištisų nepažeistų genų, dažnai tūkstančių bazinių porų ilgio, įterpimas į pradinę vietą genome buvo senas genų redagavimo tikslas. Tai ne tik galėtų išgydyti daugelį pacientų, neatsižvelgiant į tai, kokią mutaciją jie turi ligą sukeliančiame gene, bet ir išsaugotų aplinkinę DNR seką, todėl būtų didesnė tikimybė, kad naujai rastas genas bus tinkamai reguliuojamas, o ne pernelyg išreikštas. Ar per mažai, arba netinkamu laiku.

2021 m. Liu laboratorija pranešė apie didelį žingsnį siekiant šio tikslo ir sukūrė pagrindinį redagavimo metodą, vadinamą TwinPE, kuris įdiegė rekombinantines „nusileidimo vietas“ į genomą, o vėliau panaudojo natūralius rekombinantinius fermentus, tokius kaip Bxb1, kad katalizuotų naujos DNR įterpimą į pirminę. ląstelė. Redaguotos tikslinės svetainės.

Netrukus biotechnologijų įmonė „Prime Medicine“, kurią įkūrė Liu, pradėjo naudoti technologiją, kurią jie pavadino PASSIGE (primer-assisted integrative site-specific gen editing), kad sukurtų genetinių ligų gydymo būdus.

PASSIGE įdiegia modifikacijas tik dalyje ląstelių, kurių pakanka, kad būtų galima gydyti kai kurias, bet galbūt ne daugumą, genetinių ligų, atsirandančių dėl veikiančio geno praradimo. Taigi naujame darbe, apie kurį pranešta šiandien, Liu komanda nusprendė padidinti PASSIGE redagavimo efektyvumą. Jie nustatė, kad rekombinantinis fermentas Bxb1 buvo priežastis, dėl kurios sumažėjo PASSIGE efektyvumas. Tada jie naudojo įrankį, kurį anksčiau sukūrė Liu grupė žingsnis (fagų palaikoma nuolatinė evoliucija), kad būtų galima greitai sukurti efektyvesnes Bxb1 versijas laboratorijoje.

Naujai sukurtas ir sukonstruotas Bxb1 variantas (eeBxb1) patobulino eePASSIGE metodą, kad į pelės ir žmogaus ląsteles būtų įtraukta vidutiniškai 30 procentų daugiau geno dydžio krovinių, keturis kartus daugiau nei originali technologija ir apie 16 kartų daugiau nei kitas neseniai paskelbtas metodas. vadinamas sujungimu.

„Sistema eePASSIGE suteikia daug žadantį pagrindą tyrimams, kuriuose sveikų genų nuorašai integruojami į mūsų pasirinktus lokusus genetinių ligų ląstelių ir gyvūnų modeliuose, siekiant gydyti funkcijos praradimo sutrikimus“, – sakė Liu. „Tikimės, kad ši sistema bus svarbus žingsnis siekiant pacientams suteikti tikslinės genų integracijos naudą.

Turėdama omenyje šį tikslą, Liu komanda dabar stengiasi sujungti eePASSIGE su tokiomis pristatymo sistemomis kaip Į virusus panašios dalelės (eVLP), kuriuos galima įveikti Kliūtys Tai tradiciškai apribojo terapinį genų redaktorių patekimą į kūną.

Nuoroda: Smriti Pandey, Shane D. „Veiksmingas specifinis didelių genų integravimas į žinduolių ląsteles per nuolat besikeičiančius rekombinacijos ir pradmenų redagavimo procesus“. Gao, Nikolajus A. Krasnow, Amber McElroy, Y. Allenas Tao, Jordynas E. Dobie, Benjaminas J. Steinbeck, Julia McCreary, Sarah E. Pierce'as, Jacobas Tollaras, Torstenas B. Meissneris, Elliotas L. Čekovas, Markas J. Osborne'as ir Davidas R. Liūtas, 2024 m. birželio 10 d. Biomedicininės inžinerijos pobūdis.
doi: 10.1038/s41551-024-01227-1

Šį darbą iš dalies parėmė Nacionaliniai sveikatos institutaiBill & Melinda Gates fondas ir Howardo Hugheso medicinos institutas.