Вече е възможно пълно вмъкване на ген в човешки клетки

Технологията за редактиране на гени използва редактори на праймери заедно с модерни ензими, известни като рекомбинази. Този подход има потенциала да доведе до универсални генни терапии, които са ефективни при състояния като кистозна фиброза.

Изследователи от Broad Institute на MIT и Харвардския университет разполагат с усъвършенствана технология за редактиране на гени, която сега може ефективно да вмъква или заменя цели гени в геномите на човешките клетки, което ги прави подходящи за терапевтични цели.

Този напредък, направен от лабораторията на члена на Broadcore Institute David Liu, може един ден да помогне на изследователите да разработят единна генна терапия за заболявания като кистозна фиброза, причинени от една от стотици или хиляди различни мутации в гена. Използвайки този нов подход, те ще могат да вмъкнат здраво копие на ген в първоначалното му местоположение в генома, вместо да се налага да създават различна генна терапия, за да коригират всяка мутация, използвайки други подходи за редактиране на гени, които правят по-малки модификации.

Новият метод използва комбинация от основно редактиране, което може директно да направи широк спектър от модификации до около 100 или 200 базови двойки, и новоразработени рекомбинантни ензими, които ефективно вмъкват големи части от клетки. ДНК Хиляди базови двойки по дължина на определени места в генома. Тази система, наречена eePASSIGE, може да извършва редакции с размер на ген няколко пъти по-ефективно от други подобни методи и се съобщава в Същност на биомедицинското инженерство.

„Доколкото ни е известно, това е един от първите примери за програмируема насочена генна интеграция в клетки на бозайници, която отговаря на ключови критерии за потенциално терапевтично значение“, каза Лиу, водещ автор на изследването, професор Ричард Миркин и директор на изследователския център на UCLA . Миркин, професор по трансформативни технологии в здравеопазването в Broad, е професор в Харвардския университет и изследовател в Медицинския институт Хауърд Хюз. „Като се има предвид тази ефективност, ние очакваме, че много, ако не и повечето, генетични заболявания със загуба на функция могат да бъдат облекчени или спасени, ако ефективността, която наблюдаваме в култивирани човешки клетки, може да бъде преведена в клинична среда.“

Дипломантът Смрити Пандей и постдокторантът Даниел Джао, и двамата в групата на Лиу, бяха съавтори на изследването, което също беше сътрудничество с групата на Марк Осбърн в Университета на Минесота и групата на Елиът Чеков в Медицински център Бет Израел Дяконес.

„Тази система предлага обещаващи възможности за клетъчни терапии, тъй като може да се използва за прецизно въвеждане на гени в клетки извън тялото, преди да ги даде на пациенти за лечение на заболявания, наред с други приложения“, каза Панди.

„Вълнуващо е да се види високата ефективност и гъвкавостта на eePASSIGE, което може да даде възможност за нов клас геномни лекарства“, добави Гао. „Също така се надяваме, че това ще бъде инструмент, който учените от цялата изследователска общност могат да използват за изучаване на фундаментални биологични въпроси.“

Основни подобрения

Много учени са използвали основно редактиране, за да стабилизират ефективно промените в ДНК с дължина до десетки базови двойки, което е достатъчно за коригиране на огромното мнозинство от известните мутации, причиняващи заболявания. Но вмъкването на цели непокътнати гени, често дълги хиляди базови двойки, в първоначалното им местоположение в генома е дългогодишна цел в редактирането на гени. Това не само би могло да излекува много пациенти, независимо от това каква мутация имат в гена, причиняващ болестта, но също така би запазило заобикалящата ДНК последователност, правейки по-вероятно новооткритият ген да бъде правилно регулиран, а не свръхекспресиран. Или твърде малко, или в неподходящ момент.

През 2021 г. лабораторията на Лиу съобщи за голяма стъпка към тази цел и разработи ключов подход за редактиране, наречен TwinPE, който инсталира рекомбинантни „места за кацане“ в генома и след това използва естествени рекомбинантни ензими като Bxb1, за да катализира вмъкването на нова ДНК в първичната клетка. Редактирани целеви сайтове.

Скоро биотехнологичната компания Prime Medicine, на която Лиу е съосновател, започва да използва технологията, наречена от тях PASSIGE (подпомогнато с праймер интегративно сайтово-специфично генно редактиране), за разработване на лечения за генетични заболявания.

PASSIGE инсталира модификациите само в част от клетките, достатъчно за лечение на някои, но може би не повечето генетични заболявания, които са резултат от загубата на функциониращ ген. И така, в новата работа, докладвана днес, екипът на Лиу се зае да подобри ефективността на редактиране на PASSIGE. Те откриха, че рекомбинантният ензим Bxb1 е причината за намаляването на ефективността на PASSIGE. След това те използваха инструмент, разработен преди това от групата на Лиу, наречен стъпка (фагово-подпомогната непрекъсната еволюция) за бързо разработване на по-ефективни версии на Bxb1 в лабораторията.

Новоразработен и конструиран вариант на Bxb1 (eeBxb1) подобри метода eePASSIGE, за да включи средно 30 процента повече генно-размерен товар в миши и човешки клетки, четири пъти повече от оригиналната технология и около 16 пъти повече от друг наскоро публикуван метод наречено снаждане.

„Системата eePASSIGE осигурява обещаваща основа за проучвания, които интегрират непокътнати генни транскрипти в избраните от нас локуси в клетъчни и животински модели на генетични заболявания за лечение на разстройства със загуба на функция“, каза Лиу. „Надяваме се, че тази система ще се окаже важна стъпка към предоставянето на ползите от целенасочената генна интеграция на пациентите.“

Имайки предвид тази цел, екипът на Liu сега работи за комбиниране на eePASSIGE със системи за доставка като напр. Вирусоподобни частици (eVLP), които могат да преодолеят Препятствия Което традиционно ограничава терапевтичното доставяне на генни редактори в тялото.

Справка: „Ефективно специфично за място интегриране на големи гени в клетки на бозайници чрез непрекъснато развиващи се процеси на рекомбинация и редактиране на праймери“ от Смрити Пандей, Чен Д. Гао, Николас А. Красноу, Амбър Макелрой, Й. Алън Тао, Джордин Е. Дубе, Бенджамин Дж. Стайнбек, Джулия МакКриъри, Сара Е. Пиърс, Джейкъб Толар, Торстен Б. Майснер, Елиът Л. Чехов, Марк Дж. Осбърн и Дейвид Р. Лъв, 10 юни 2024 г., Същност на биомедицинското инженерство.
doi: 10.1038/s41551-024-01227-1

Тази работа беше подкрепена отчасти от Национални институти по здравеопазванеФондация Бил и Мелинда Гейтс и Медицински институт Хауърд Хюз.