Ma már lehetséges a teljes génbeillesztés az emberi sejtekbe

A Broad Institute kutatói továbbfejlesztették a génszerkesztést annak érdekében, hogy teljes géneket hatékonyan illeszthessenek be az emberi sejtekbe, így lehetőség nyílik egygénes terápiákra olyan betegségek kezelésére, mint a cisztás fibrózis. Ez a módszer az elsődleges szerkesztést új enzimekkel kombinálja a szerkesztés hatékonyságának növelése érdekében, ami forradalmasíthatja a génterápiát.

A génszerkesztési technológia primer-szerkesztőket és fejlett, rekombinázként ismert enzimeket használ. Ez a megközelítés olyan univerzális génterápiákhoz vezethet, amelyek hatékonyak olyan állapotok esetén, mint a cisztás fibrózis.

A Broad Institute of MIT és a Harvard Egyetem kutatói olyan fejlett génszerkesztő technológiával rendelkeznek, amely ma már hatékonyan képes teljes géneket beilleszteni vagy helyettesíteni az emberi sejtek genomjába, így alkalmasak terápiás felhasználásra.

Ez az előrelépés, amelyet a Broadcore Institute tagjának, David Liunak a laboratóriumában hoztak létre, egy napon segíthet a kutatóknak egyetlen génterápiát kifejleszteni olyan betegségekre, mint a cisztás fibrózis, amelyeket a gén több száz vagy ezer különböző mutációja egyike okoz. Ezzel az új megközelítéssel képesek lesznek egy gén egészséges másolatát beilleszteni a genomban lévő eredeti helyére, ahelyett, hogy más génterápiát kellene létrehozniuk az egyes mutációk kijavításához más génszerkesztési megközelítésekkel, amelyek kisebb módosításokat hajtanak végre.

Az új módszer a prime editing kombinációját alkalmazza, amely akár 100 vagy 200 bázispárig is képes közvetlenül végrehajtani a módosítások széles skáláját, valamint az újonnan kifejlesztett rekombinációs enzimeket, amelyek hatékonyan illesztenek be nagy sejtdarabokat. DNS Több ezer bázispár hosszúságú a genom meghatározott helyein. Ez az eePASSIGE nevű rendszer többszörösen hatékonyabban tud génméretű szerkesztéseket végrehajtani, mint más hasonló módszerek. Az orvosbiológiai tervezés természete.

„Tudomásunk szerint ez az egyik első példa a programozható célzott génintegrációra emlőssejtekben, amely megfelel a potenciális terápiás jelentőségű kulcskritériumoknak” – mondta Liu, a tanulmány vezető szerzője, Richard Mirkin professzor és az UCLA Kutatóközpont igazgatója. . Mirkin az egészségügyi transzformatív technológiák professzora a Broadnál, a Harvard Egyetem professzora és a Howard Hughes Medical Institute kutatója. „Tekintettel ezekre a hatékonyságokra, arra számítunk, hogy sok, ha nem a legtöbb funkcióvesztéses genetikai betegség enyhíthető vagy megmenthető, ha a tenyésztett emberi sejtekben megfigyelt hatékonyságot át lehet fordítani a klinikai környezetre.”

Smriti Pandey végzős hallgató és Daniel Zhao posztdoktori kutató, mindketten Liu csoportjában, társszerzői voltak a tanulmánynak, amely szintén Mark Osborne csoportjával a Minnesotai Egyetemen és Eliot Chekov csoportjával a Beth Israel Deaconess Medical Centerben működött együtt.

„Ez a rendszer ígéretes lehetőségeket kínál a sejtterápiák számára, mivel felhasználható a gének precíz bejuttatására a testen kívüli sejtekbe, mielőtt a betegeknek adnák őket betegségek kezelésére, többek között más alkalmazásokra” – mondta Pandey.

„Izgalmas látni az eePASSIGE nagy hatékonyságát és sokoldalúságát, amely lehetővé teheti a genomikus gyógyszerek új osztályát” – tette hozzá Gao. „Reméljük azt is, hogy ez egy olyan eszköz lesz, amelyet a kutatói közösség tudósai használhatnak az alapvető biológiai kérdések tanulmányozására.”

Főbb fejlesztések

Sok tudós elsődleges szerkesztést alkalmazott a DNS-ben bekövetkező változások hatékony stabilizálására akár több tíz bázispár hosszúságig, ami elegendő az ismert betegséget okozó mutációk túlnyomó többségének kijavításához. De a génszerkesztésben régóta fennálló cél a teljes, gyakran több ezer bázispár hosszúságú, ép gének beillesztése eredeti helyükre a genomban. Ezzel nemcsak sok beteget lehetne meggyógyítani, függetlenül attól, hogy milyen mutációval rendelkeznek a betegséget okozó génben, de megőrizné a környező DNS-szekvenciát is, így valószínűbb, hogy az újonnan talált gén megfelelően szabályozott lesz, nem pedig túlzottan expresszálódik. Vagy túl kevés, vagy rosszkor.

2021-ben Liu laboratóriuma jelentős lépésről számolt be e cél felé, és kifejlesztett egy kulcsfontosságú szerkesztési megközelítést, a TwinPE-t, amely rekombináns „leszállási helyeket” telepített a genomba, majd természetes rekombináns enzimeket, például Bxb1-et használt az új DNS beépülésének katalizálására az elsődleges DNS-be. sejt. Szerkesztett céloldalak.

Hamarosan a Prime Medicine biotechnológiai cég, amelynek Liu társalapítója volt, elkezdte használni az általuk PASSIGE-nek (primer-assisted integrative site-specific gene editing) nevezett technológiát genetikai betegségek kezelésének kifejlesztésére.

A PASSIGE csak a sejtek töredékébe telepíti a módosításokat, ami elegendő néhány, de talán nem a legtöbb genetikai betegség kezelésére, amelyek egy működő gén elvesztése miatt következnek be. Így a ma közölt új munkában Liu csapata a PASSIGE szerkesztési hatékonyságának javítását tűzte ki célul. Azt találták, hogy a Bxb1 rekombináns enzim volt az oka a PASSIGE hatékonyságának csökkenésének. Ezután egy korábban Liu csoportja által kifejlesztett eszközt használtak lépés (fág-asszisztált folyamatos evolúció), hogy gyorsan kifejleszthessük a Bxb1 hatékonyabb változatait a laboratóriumban.

Egy újonnan kifejlesztett és megtervezett Bxb1 variáns (eeBxb1) úgy fejlesztette tovább az eePASSIGE módszert, hogy átlagosan 30 százalékkal több génméretű rakományt építsen be egér- és emberi sejtekbe, négyszer többet, mint az eredeti technológia, és körülbelül 16-szor többet, mint egy másik nemrégiben közzétett módszer. splice-nek nevezik.

„Az eePASSIGE rendszer ígéretes alapot biztosít azoknak a vizsgálatoknak, amelyek egészséges géntranszkriptumokat integrálnak választott lókuszainkba a genetikai betegségek sejt- és állatmodelljeibe a funkcióvesztési rendellenességek kezelésére” – mondta Liu. „Reméljük, hogy ez a rendszer fontos lépésnek fog bizonyulni afelé, hogy a célzott génintegráció előnyeit a betegek számára elérjük.”

Ezt a célt szem előtt tartva Liu csapata most azon dolgozik, hogy az eePASSIGE-t olyan szállítási rendszerekkel kombinálja, mint pl Vírusszerű részecskék (eVLP-k), amelyek legyőzhetik Gátfutás Ami hagyományosan korlátozta a génszerkesztők terápiás bejutását a szervezetbe.

Hivatkozás: „Nagy gének hatékony helyspecifikus integrációja emlőssejtekbe folyamatosan fejlődő rekombinációs és primer-szerkesztési folyamatokon keresztül” 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 és David R. Oroszlán, 2024. június 10. Az orvosbiológiai tervezés természete.
doi: 10.1038/s41551-024-01227-1

Ezt a munkát részben támogatta Országos Egészségügyi IntézetekA Bill & Melinda Gates Alapítvány és a Howard Hughes Orvosi Intézet.