Uus geeniredaktor Evocast võimaldab täielike geenide täpset sisestamist

Uus geeniredaktor Evocast võimaldab täielike geenide täpset sisestamist

Küsige teadlastelt, millist geenide redigeerimise tööriista on geeniteraapia edendamiseks kõige rohkem vaja, ja nad kirjeldaksid tõenäoliselt süsteemi, mis on peaaegu teoks saanud Samuel Sternbergi Columbia ülikooli Vagelose arstide ja kirurgide kolledži ning David Liu laborites MIT ja Harvardi laias instituudis.

Geeniredaktor on nimetanud Evocast GoT-sid oluliseks probleemi lahendamisel, mis on seganud geeniteraapiate väljatöötamist valdkonna algusaegadest saadik: kuidas lisada inimese genoomi määratletud asukohti ilma soovimatuid muudatusi tekitamata.

Toimetaja uusimat iteratsiooni, mis kasutas bakterites leiduvaid keerulisi ensüüme, saab programmeerida sisestama tervet geeni – või mitut geeni – inimese genoomi kindlasse kohta geeniteraapia jaoks sobiva efektiivsusega. Väljaandja üksikasju on kirjeldatud 15. mail avaldatud artiklisTeadus.

Vajadus täiustatud geeniredaktori järele

CRISPR-Cas, viirused ja muud redigeerimissüsteemid on võimaldanud kümneid praegu patsientidele välja töötavaid geneetilisi ravimeid, kuid kõigil praegustel meetoditel on puudusi. Mõned meetodid on täpsed, kuid teevad ainult väikeseid parandusi. Viirused, geeniteraapias kõige sagedamini kasutatav meetod, võivad sisestada terveid geene, kuid teevad seda immuunvastuse aktiveerimisel juhuslikult.

Selline tööriist nagu Evokast võib muuta geeniteraapia usaldusväärsemaks ja tõhusamaks, eriti selliste haiguste puhul nagu tsüstiline fibroos ja hemofiilia, mis on põhjustatud ühest tuhandetest erinevatest mutatsioonidest.

Sajad kuni tuhanded erinevad mutatsioonid CFTR-i geenis võivad põhjustada näiteks tsüstilise fibroosi, mistõttu on vaja ülemäära palju erinevaid geeniredigeerivaid ravimeid, et tagada iga patsiendi ravitavus. Selle asemel võiks midagi nagu Evokast võimaldada ühe geeniteraapiat, mis sisestab patsiendi genoomi tervikliku ja terve geeni.

Tööd on veel palju, kuid Evocast on nende süsteemide väljatöötamise verstapost, et püsivalt installida terviklik ja terve geen, sõltumata aluseks olevast geneetilisest defektist. “

Samuel Sternberg, Columbia ülikooli Vagelose arstide ja kirurgide kolledž

Uus süsteem võib võimaldada ka lihtsamat ja täpsemat geenide redigeerimist teistes meditsiinilistes ja teadusuuringutes, sealhulgas vähiravis kasutatavate CAR T-rakkude ravimeetodite, samuti biomeditsiinilisteks uuringutes vajalike transgeensete rakuliinide ja mudelorganismide tootmiseks.

Uus toimetaja arenes välja "hüppavatest geenidest"

Evocast põhineb looduslikul süsteemil, mille Sternbergi labor avastas mõne aasta eest bakterites ja mis võimaldab geenidel hüpata bakteri genoomis uutesse kohtadesse. (Hüppavad geenid – tuntud ka kui transposoonid – võivad liikidele kasu tuua, luues geneetilise mitmekesisuse).

Labor tuvastas, et Castsi mitmed funktsioonid (CRISPR-iga seotud transposaasid) muutsid need potentsiaalsete geenide redigeerimissüsteemidena atraktiivseks. Üheks eeliseks on võimalus sisestada suuri DNA tükke ilma kromosoomi protsessi käigus lõhkumata, mis võib põhjustada tõsiseid tahtmatuid vigu. Teine on süsteemi "programmeeritavus", mis suunab sisestamised teadlase määratud genoomi mis tahes asukohta.

Bakterisüsteemi kohandamine inimese rakkudes kasutamiseks osutus keeruliseks. Sternbergi kraadiõppur George Lampe arendas edukalt süsteemi inimrakkudes töötamiseks, kuid tehnoloogia varased versioonid töötasid madala efektiivsusega.

Sternberg ootas raskusi. "Valimissüsteemid on olemas selleks, et aidata mobiilsetel geenidel hüpata üle genoomi evolutsiooniliste aegade skaala. Neile ei avaldata selektiivset survet tõhusalt tegutseda.

Kunstlik evolutsioon parandab geenide redigeerimist

Selle asemel, et arvata, millised muudatused võiksid nende süsteemi parandada, pöördusid Sternberg ja Lampe Harvardi ja Broadi Instituudi molekulaarbioloogi ja orgaanilise keemiku David Liu poole, kes töötas välja laboritehnika, mis kiirendab valkude arengut. Lamp tõstis süsteemi jõudluse punktini, mis muutis Tempost elujõuliseks valikuks ning Liu labori kaks kraadiõppurit Isaac Witte ja Simon Eitzinger viisid süsteemi Tempole, võimaldades minimaalse sekkumisega läbi viia sadu arendusringe.

"Turbokapslite ja ensüümide areng paraneb kaugemale sellest, mida teadlased sihipäraste, ratsionaalselt kavandatud modifikatsioonidega tavaliselt teha saavad, " ütleb Lampe. "Tempo kaudu omandatud mutatsioonid on oluliselt parandanud kogu valusüsteemi jõudlust."

Pärast sadu evolutsioonilisi põlvkondi suudab uus Evokasti süsteem redigeerida 30–40% rakkudest, mis on tohutu kasv võrreldes algse süsteemi madalama redigeerimismääraga.

Järgmised sammud

Evokasti süsteem on juba saavutanud mõne geenide redigeerimise ja geeniteraapia rakenduse jaoks sobiva efektiivsuse ning teadlased sooviksid alustada oma süsteemi testimist asjakohasemates mudelisüsteemides.

Samal ajal jätkab meeskond täiustuste juurutamist, sealhulgas muude Evokasti komponentide muudatusi, et veelgi parandada toimetamise tõhusust.

Üks suurimaid väljakutseid Evokasti ja teiste arenduses olevate suurte DNA redigeerimistööriistade jaoks on aga kohaletoimetamine.

"Kuidas me tegelikult saame need tööriistad ja nende kasulikud koormused huvipakkuvatesse rakkudesse või kudedesse?" ütleb Sternberg. "See on väljakutse, millega paljud meist väljakul silmitsi seisavad."

Rohkem infot

Uuring ilmub ajakirjas Science avaldatud 15. mail ajakirjas "Programmeeritav geeni sisestamine inimese rakkudesse, kasutades laborile suunatud CRISPR-iga seotud transposaasi".

Kõik autorid: Isaac P. Witte (Broad Institute ja Harvard), George D. Lampe (Columbia), Simon Eitzinger (Broad Instituut ja Harvard), Shannon M. Miller (Broad Institute ja Harvard), Kiara N. Berríos (Broad Institute ja Harvard), Amber N. McElroy (University of Minnesota), GIB Stroulingi instituut (Columbia T. Olivia). Harvard), Diego R. Gelsinger (Columbia), Phuc Leo H. Vo (Columbia), Albert T. Chen (Broad Institute ja Harvard), Jakub Tolar (Minnesota ülikool), Mark J. Osborn (Minnesota ülikool), Samuel H. Sternberg (Columbia) ja David R. Liu (Broading Institute ja Harvard).

Samuel H. Sternberg, PhD, on Columbia ülikooli biokeemia ja molekulaarbiofüüsika dotsent. David R. Liu, PhD, on Richard Merkini professor ja Merkini Tervise Transformatiivsete Tehnoloogiate Instituudi direktor, MIT-i ja Harvardi laia instituudi teaduskonna aseesimees ning Thomas Dudley Cabot Harvardi ülikooli loodusteaduste professor. Mõlemad on Howard Hughesi meditsiiniinstituudi uurijad.

Uurimist toetas NIH (toetused 1F31HL167530, R01AR063070, DP2HG011650, R01EB027793, R01EB031172, R01EB027793, RM1HG009490 ja National Research Foundation), a Graate Science Foundation. Stipendium, Pew biomeditsiiniteaduste stipendium, Sloani teadusstipendium, Irma T. Hirschli karjääriteadlase auhind, Columbia ülikooli Irvingi meditsiinikeskuse dekaani büroo, Vagelos Precision Medicine'i pilootstipendium ja HHMI.

Autorid on esitanud selle tööga seotud patenditaotlused. David Liu on firmade Beam Therapeutics, Prime Medicine, Paired Plants, Chroma Medicine, Resonance Medicine, Exo-Therapeutics ja NOV Therapeutics kaasasutaja, nõustaja ja/või aktsionär. Samuel Sternberg on Dahlia Biosciencesi kaasasutaja ja teaduslik nõustaja, Crispitsi ja Prime Medicine'i teadusnõunik ning Dahlia Biosciencesi ja Crisprbitsi aktsionär.

Allikad: