麻省理工學(xué)院博德研究所(Broad Institute of MIT)和哈佛大學(xué)(Harvard)的科學(xué)家們改進(jìn)了一種基因編輯技術(shù)，該技術(shù)現(xiàn)在能夠有效地在人類細(xì)胞基因組中插入或替換整個(gè)基因，足以用于潛在的治療應(yīng)用。Broad核心研究所成員David Liu的實(shí)驗(yàn)室取得的這一進(jìn)展，有一天可能會(huì)幫助研究人員開(kāi)發(fā)出一種單基因療法，用于治療由數(shù)百或數(shù)千種不同基因突變之一引起的囊性纖維化等疾病。使用這種新方法，他們將在基因組的原始位置插入一個(gè)健康的基因拷貝，而不必使用其他進(jìn)行較小編輯的基因編輯方法來(lái)創(chuàng)建不同的基因療法來(lái)糾正每個(gè)突變。
這種新方法結(jié)合了prime編輯和新開(kāi)發(fā)的重組酶，前者可以直接進(jìn)行大范圍的編輯，最多可達(dá)100或200個(gè)堿基對(duì)，后者可以有效地在基因組的特定位點(diǎn)插入數(shù)千個(gè)堿基對(duì)的大片段DNA。這個(gè)系統(tǒng)被稱為eePASSIGE，它可以比其他類似的方法更有效地進(jìn)行基因大小的編輯，并在《Nature Biomedical Engineering》上發(fā)表。
技術(shù)要點(diǎn)：
-
基因編輯的目標(biāo)：傳統(tǒng)的基因編輯技術(shù)主要集中于小范圍的DNA序列修改，而這項(xiàng)新技術(shù)能夠進(jìn)行大范圍的基因編輯，甚至能夠插入或替換整個(gè)基因。
-
eePASSIGE系統(tǒng)：它結(jié)合了prime編輯技術(shù)和新開(kāi)發(fā)的重組酶。prime編輯能夠進(jìn)行大范圍的編輯，而重組酶能夠在基因組的特定位點(diǎn)插入大片段的DNA。
-
應(yīng)用前景：這項(xiàng)技術(shù)有望開(kāi)發(fā)出單基因療法，治療如囊性纖維化等由多種基因突變引起的疾病。通過(guò)在基因組的原始位置插入健康的基因拷貝，可以避免針對(duì)每種突變開(kāi)發(fā)不同的療法。
-
效率提升：eePASSIGE系統(tǒng)在效率上顯著優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，能夠在小鼠和人類細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)高達(dá)30%的基因整合效率，這為臨床應(yīng)用提供了希望。如果eePASSIGE系統(tǒng)的效率能夠在臨床環(huán)境中得到體現(xiàn)，許多由功能喪失基因引起的遺傳疾病都有望得到改善或治療。
-
改進(jìn)的重組酶：通過(guò)使用PACE（噬菌體輔助連續(xù)進(jìn)化）工具，進(jìn)化出了更有效的Bxb1重組酶版本，即eeBxb1，這大大提高了基因編輯的效率。
-
下一步研究：Liu的團(tuán)隊(duì)正在探索將eePASSIGE與遞送系統(tǒng)（如工程病毒樣顆粒）結(jié)合，以克服基因編輯在體內(nèi)治療中的遞送障礙。
“據(jù)我們所知，這是哺乳動(dòng)物細(xì)胞中可編程靶向基因整合的第一個(gè)例子之一，滿足潛在治療相關(guān)的主要標(biāo)準(zhǔn)，”David Liu說(shuō)。“在這些效率下，如果我們?cè)谂囵B(yǎng)的人類細(xì)胞中觀察到的效率可以轉(zhuǎn)化為臨床環(huán)境，我們期望許多(如果不是大多數(shù))功能喪失的遺傳疾病可以得到改善或拯救。”
Liu小組的研究生Smriti Pandey和博士后研究員Daniel Gao是該研究的共同第一作者，該研究還與明尼蘇達(dá)大學(xué)的Mark Osborn小組和Beth Israel女執(zhí)事醫(yī)療中心的Elliot Chaikof小組合作。
Pandey說(shuō):“這個(gè)系統(tǒng)為細(xì)胞治療提供了很有希望的機(jī)會(huì)，在給病人治療疾病之前，它可以用來(lái)精確地將基因插入體外細(xì)胞，以及其他應(yīng)用。”
“看到eePASSIGE的高效率和多功能性是令人興奮的，它可能會(huì)成為一種新的基因組藥物類別，”Gao補(bǔ)充說(shuō)。“我們也希望它能成為整個(gè)研究界的科學(xué)家用來(lái)研究基本生物學(xué)問(wèn)題的工具。”
改進(jìn)的過(guò)程
許多科學(xué)家已經(jīng)使用prime編輯來(lái)有效地對(duì)DNA進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)數(shù)十個(gè)堿基對(duì)的修改，足以糾正絕大多數(shù)已知的致病突變。但是，將整個(gè)健康基因(通常有數(shù)千個(gè)堿基對(duì)長(zhǎng))引入基因組的原始位置，一直是基因編輯領(lǐng)域的一個(gè)長(zhǎng)期目標(biāo)。這不僅有可能治療許多患者，而不管他們的致病基因發(fā)生了哪種突變，而且還可以保存周圍的DNA序列，這將增加新安裝的基因得到適當(dāng)調(diào)節(jié)的可能性，而不是表達(dá)太多、太少或在錯(cuò)誤的時(shí)間。
2021年，Liu的實(shí)驗(yàn)室報(bào)告了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵一步，并開(kāi)發(fā)了一種稱為twinPE的prime編輯方法，該方法將重組酶“著陸點(diǎn)”安裝在基因組中，然后使用天然重組酶(如Bxb1)催化將新DNA插入prime編輯的目標(biāo)位點(diǎn)。
Liu與人共同創(chuàng)立的生物技術(shù)公司Prime Medicine很快就開(kāi)始使用這項(xiàng)技術(shù)，他們稱之為PASSIGE(prime編輯輔助位點(diǎn)特異性整合酶基因編輯)，來(lái)開(kāi)發(fā)遺傳性疾病的治療方法。
PASSIGE只在一小部分細(xì)胞中進(jìn)行編輯，這足以治療一些(但可能不是大多數(shù))由于失去功能基因而導(dǎo)致的遺傳疾病。因此，Liu的團(tuán)隊(duì)在今天報(bào)告的新工作中著手提高PASSIGE的編輯效率。他們發(fā)現(xiàn)重組酶Bxb1是限制PASSIGE效率的罪魁禍?zhǔn)住Ｈ缓?，他們使用Liu的團(tuán)隊(duì)先前開(kāi)發(fā)的一種名為PACE(噬菌體輔助連續(xù)進(jìn)化)的工具，在實(shí)驗(yàn)室中快速進(jìn)化出更有效的Bxb1版本。
由此產(chǎn)生的新進(jìn)化和工程化的Bxb1變體(eeBxb1)改進(jìn)了eePASSIGE方法，在小鼠和人類細(xì)胞中整合平均30%的基因大小的貨物，是原始技術(shù)的4倍，是最近發(fā)表的另一種方法的16倍，稱為PASTE。
Liu說(shuō):“eePASSIGE系統(tǒng)為研究在我們選擇的遺傳疾病的細(xì)胞和動(dòng)物模型中整合健康基因拷貝以治療功能喪失疾病提供了一個(gè)有希望的基礎(chǔ)。我們希望這個(gè)系統(tǒng)將被證明是朝著實(shí)現(xiàn)目標(biāo)基因整合對(duì)患者的好處邁出的重要一步。”
帶著這個(gè)目標(biāo)，Liu的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正致力于將eePASSIGE與遞送系統(tǒng)(如工程病毒樣顆粒(eVLPs))結(jié)合起來(lái)，這可能會(huì)克服傳統(tǒng)上限制基因編輯器在體內(nèi)治療遞送的障礙。
Efficient site-specific integration of large genes in mammalian cells via continuously evolved recombinases and prime editing
（文章來(lái)源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-6/20240610185244581.htm） | 
