Artık insan hücrelerine tam gen yerleştirilmesi mümkün

Gen düzenleme teknolojisi, primer düzenleyicilerin yanı sıra rekombinaz olarak bilinen gelişmiş enzimleri kullanır. Bu yaklaşım, kistik fibroz gibi durumlar için etkili olan evrensel gen tedavilerine yol açma potansiyeline sahiptir.

MIT Broad Institute ve Harvard Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, artık genlerin tamamını insan hücrelerinin genomlarına verimli bir şekilde yerleştirebilen veya değiştirebilen, onları terapötik kullanımlara uygun hale getiren gelişmiş gen düzenleme teknolojisine sahip.

Broadcore Enstitüsü üyesi David Liu’nun laboratuvarında gerçekleştirilen bu ilerleme, bir gün araştırmacıların, gendeki yüzlerce veya binlerce farklı mutasyondan birinin neden olduğu kistik fibroz gibi hastalıklar için tek bir gen terapisi geliştirmesine yardımcı olabilir. Bu yeni yaklaşımı kullanarak, daha küçük değişiklikler yapan diğer gen düzenleme yaklaşımlarını kullanarak her bir mutasyonu düzeltmek için farklı bir gen terapisi oluşturmak zorunda kalmak yerine, bir genin sağlıklı bir kopyasını genomdaki orijinal konumuna yerleştirebilecekler.

Yeni yöntem, yaklaşık 100 veya 200 baz çiftine kadar geniş bir yelpazede modifikasyonları doğrudan yapabilen birincil düzenleme ile büyük hücre parçalarını verimli bir şekilde yerleştiren yeni geliştirilmiş rekombinasyon enzimlerinin bir kombinasyonunu kullanıyor. DNA Genomun belirli yerlerinde binlerce baz çifti uzunluğunda. EePASSIGE adı verilen bu sistem, gen boyutunda düzenlemeleri diğer benzer yöntemlere göre birkaç kat daha verimli bir şekilde gerçekleştirebiliyor. Biyomedikal mühendisliğinin doğası.

Çalışmanın başyazarı, Richard Mirkin Profesörü ve UCLA Araştırma Merkezi direktörü Liu, “Bildiğimiz kadarıyla bu, memeli hücrelerinde potansiyel terapötik öneme sahip temel kriterleri karşılayan programlanabilir hedefli gen entegrasyonunun ilk örneklerinden biridir” dedi. . Broad’da Sağlık Hizmetlerinde Dönüştürücü Teknolojiler Profesörü Mirkin, Harvard Üniversitesi’nde profesör ve Howard Hughes Tıp Enstitüsü’nde araştırmacıdır. “Bu verimlilikler göz önüne alındığında, kültürlenmiş insan hücrelerinde gözlemlediğimiz verimlilikler klinik ortama aktarılabilirse, çoğu olmasa da fonksiyon kaybı olan genetik hastalıkların çoğunun iyileştirilebileceğini veya kurtarılabileceğini tahmin ediyoruz.”

Her ikisi de Liu’nun grubundaki yüksek lisans öğrencisi Smriti Pandey ve doktora sonrası araştırmacı Daniel Zhao, Minnesota Üniversitesi’ndeki Mark Osborne’un grubu ve Beth Israel Deaconess Tıp Merkezi’ndeki Eliot Chekov’un grubuyla da işbirliği yapılan çalışmanın ortak yazarlarıydı.

Pandey, “Bu sistem, diğer uygulamaların yanı sıra hastalıkları tedavi etmek için hastalara verilmeden önce genlerin vücut dışındaki hücrelere hassas bir şekilde yerleştirilmesi için kullanılabildiğinden hücre tedavileri için umut verici fırsatlar sunuyor” dedi.

Gao, “Yeni bir genomik ilaç sınıfına olanak sağlayabilecek eePASSIGE’in yüksek verimliliğini ve çok yönlülüğünü görmek heyecan verici” diye ekledi. “Ayrıca bunun, araştırma topluluğundaki bilim adamlarının temel biyolojik soruları incelemek için kullanabileceği bir araç olacağını umuyoruz.”

Önemli iyileştirmeler

Pek çok bilim insanı, DNA’daki onlarca baz çifti uzunluğuna kadar olan değişiklikleri etkili bir şekilde stabilize etmek için birincil düzenlemeyi kullanmıştır; bu, bilinen hastalığa neden olan mutasyonların büyük çoğunluğunu düzeltmek için yeterlidir. Ancak, genellikle binlerce baz çifti uzunluğundaki sağlam genlerin tamamını genomdaki orijinal konumlarına yerleştirmek, gen düzenlemede uzun süredir devam eden bir hedef olmuştur. Bu, hastalığa neden olan gende hangi mutasyona sahip olursa olsun birçok hastayı iyileştirmekle kalmayacak, aynı zamanda çevredeki DNA dizisini de koruyarak, yeni bulunan genin aşırı ifade edilmek yerine uygun şekilde düzenlenmesi olasılığını artıracaktır. Veya çok az veya yanlış zamanda.

2021’de Liu’nun laboratuvarı bu hedefe doğru büyük bir adım atıldığını bildirdi ve genoma rekombinant “iniş bölgeleri” yerleştiren TwinPE adı verilen önemli bir düzenleme yaklaşımı geliştirdi ve ardından yeni DNA’nın birincil DNA’ya eklenmesini katalize etmek için Bxb1 gibi doğal rekombinant enzimleri kullandı. hücre. Hedef siteler düzenlendi

Kısa süre sonra, Liu’nun kurucu ortağı olduğu biyoteknoloji şirketi Prime Medicine, genetik hastalıklara yönelik tedaviler geliştirmek için PASSIGE (primer destekli bütünleştirici bölgeye özgü gen düzenleme) adını verdikleri teknolojiyi kullanmaya başladı.

PASSIGE, modifikasyonları hücrelerin yalnızca bir kısmına yerleştirir; bu, işleyen bir genin kaybından kaynaklanan genetik hastalıkların çoğunu olmasa da bazılarını tedavi etmeye yeterlidir. Bu nedenle, bugün bildirilen yeni çalışmada Liu’nun ekibi, PASSIGE’in düzenleme verimliliğini artırmak için yola çıktı. PASSIGE verimliliğindeki azalmanın nedeninin rekombinant enzim Bxb1 olduğunu buldular. Daha sonra Liu’nun grubu tarafından daha önce geliştirilen bir aracı kullandılar. bir adım (faj destekli sürekli evrim), laboratuvarda Bxb1’in daha verimli versiyonlarını hızla geliştirmek için.

Yeni geliştirilen ve tasarlanmış bir Bxb1 varyantı (eeBxb1), eePASSIGE yöntemini fare ve insan hücrelerine ortalama yüzde 30 daha fazla gen boyutunda kargo dahil edecek şekilde geliştirdi; bu, orijinal teknolojiden dört kat ve yakın zamanda yayınlanan başka bir yöntemden yaklaşık 16 kat daha fazla. ekleme denir.

Liu, “eePASSIGE sistemi, fonksiyon kaybı bozukluklarını tedavi etmek için genetik hastalıkların hücresel ve hayvan modellerinde sağlam gen transkriptlerini seçilmiş lokuslara entegre eden çalışmalar için umut verici bir temel sağlıyor” dedi. “Bu sistemin, hedeflenen gen entegrasyonunun faydalarını hastalara getirme yolunda önemli bir adım olacağını umuyoruz.”

Liu’nun ekibi bu hedefi göz önünde bulundurarak şu anda eePASSIGE’i aşağıdaki gibi dağıtım sistemleriyle birleştirmeye çalışıyor: Virüs benzeri parçacıklar (eVLP’ler) üstesinden gelebilecek Engeller Bu da geleneksel olarak gen editörlerinin terapötik olarak vücuda verilmesini sınırlamıştır.

Referans: “Sürekli gelişen rekombinasyon ve primer düzenleme işlemleri yoluyla büyük genlerin memeli hücrelerine verimli bölgeye özgü entegrasyonu”, Smriti Pandey, Chen D. Gao, Nicholas A. Krasnow, Amber McElroy, Y. Allen Tao, Jordyn E. Dube, Benjamin J. Steinbeck, Julia McCreary, Sarah E. Pierce, Jacob Tollar, Torsten B. Meisner, Elliot L. Çehov, Mark J. Osborne ve David R. Aslan, 10 Haziran 2024, Biyomedikal mühendisliğinin doğası.
doi: 10.1038/s41551-024-01227-1

Bu çalışma kısmen tarafından desteklenmiştir. Ulusal Sağlık EnstitüleriBill & Melinda Gates Vakfı ve Howard Hughes Tıp Enstitüsü.