Jaunais gēnu redaktors Evocast nodrošina precīzu pilnīgu gēnu ievietošanu

Jaunais gēnu redaktors Evocast nodrošina precīzu pilnīgu gēnu ievietošanu

Jautājiet zinātniekiem, kāds gēnu rediģēšanas rīks ir visvairāk nepieciešams, lai veicinātu gēnu terapiju, un viņi, iespējams, apraksta sistēmu, kas ir gandrīz realizēta Samuela Sternberga laboratorijās Kolumbijas Universitātes Vagelosas Ārstu un ķirurgu koledžā un Deivida Liu MIT un Hārvardas Plašajā institūtā.

Gēnu redaktors ir nosaucis Evocast GoTs nozīmīgus, lai atrisinātu problēmu, kas kopš lauka sākuma ir apgrūtinājusi gēnu terapijas attīstību: kā pievienot noteiktas vietas cilvēka genomā, neradot nevēlamas modifikācijas.

Redaktora jaunāko iterāciju, kurā tika izmantoti sarežģīti baktērijās atrodami fermenti, var ieprogrammēt, lai ievietotu veselu gēnu vai vairākus gēnus noteiktā cilvēka genoma vietā ar gēnu terapijai piemērotu efektivitāti. Sīkāka informācija par izdevēju ir aprakstīta rakstā, kas publicēts 15. maijāZinātne.

Nepieciešamība pēc uzlabota gēnu redaktora

CRISPR-Cas, vīrusi un citas rediģēšanas sistēmas ir padarījušas iespējamu desmitiem ģenētisko zāļu, kas pašlaik tiek izstrādātas pacientiem, taču visām pašreizējām metodēm ir trūkumi. Dažas metodes ir precīzas, taču tās veic tikai nelielus labojumus. Vīrusi, kas ir visbiežāk izmantotā metode gēnu terapijā, var ievietot veselus gēnus, bet to dara nejauši, aktivizējot imūnās atbildes.

Tāds rīks kā Evokast varētu padarīt gēnu terapiju uzticamāku un efektīvāku, jo īpaši tādām slimībām kā cistiskā fibroze un hemofilija, ko izraisa viena no tūkstošiem dažādu mutāciju.

Simtiem līdz tūkstošiem dažādu CFTR gēna mutāciju var izraisīt, piemēram, cistisko fibrozi, tāpēc, lai nodrošinātu, ka katrs pacients var tikt ārstēts, būtu nepieciešams pārāk daudz dažādu gēnu rediģēšanas zāļu. Tā vietā kaut kas līdzīgs Evokast varētu nodrošināt vienu gēnu terapiju, kas pacienta genomā ievieto pilnīgu un veselīgu gēnu.

Ir daudz darāmā, taču Evocast ir pagrieziena punkts šo sistēmu attīstībā, lai pastāvīgi instalētu pilnīgu, veselīgu gēnu neatkarīgi no pamatā esošā ģenētiskā defekta. "

Samuels Sternbergs, Kolumbijas Universitātes Vagelosas ārstu un ķirurgu koledža

Jaunā sistēma varētu arī nodrošināt vieglāku un precīzāku gēnu rediģēšanu citos medicīnas un pētniecības lietojumos, tostarp CAR T-šūnu terapijas ražošanā vēža ārstēšanai, kā arī transgēnu šūnu līnijām un paraugorganismiem, kas nepieciešami biomedicīnas pētījumiem.

Jaunais redaktors izstrādāts no "lecošiem gēniem"

Evocast pamatā ir dabiska sistēma, ko Sternberga laboratorija atklāja baktērijās pirms dažiem gadiem, kas ļauj gēniem pāriet uz jaunām vietām baktēriju genomā. (Lēcošie gēni, kas pazīstami arī kā transposoni, var dot labumu sugai, radot ģenētisko daudzveidību).

Laboratorija atzina, ka vairākas Casts funkcijas (ar CRISPR saistītās transpozāzes) padarīja tās pievilcīgas kā potenciālas gēnu rediģēšanas sistēmas. Viena no priekšrocībām ir iespēja ievietot lielus DNS gabalus, nesalaužot hromosomu procesā, kas var izraisīt nopietnas, netīšas kļūdas. Vēl viena ir sistēmas “programmējamība”, kas novirza ievietojumus uz jebkuru pētnieka noteikto vietu genomā.

Baktēriju sistēmas pielāgošana lietošanai cilvēka šūnās izrādījās sarežģīta. Sternberga maģistrants Džordžs Lampe veiksmīgi izstrādāja sistēmu darbam cilvēka šūnās, taču agrīnās tehnoloģijas versijas strādāja ar zemu efektivitāti.

Šternbergs bija gaidījis grūtības. "Lietošanas sistēmas pastāv, lai palīdzētu mobilajiem gēniem lēkt pāri evolūcijas laika mērogiem ap genomu. Uz tiem neattiecas selektīvs spiediens, lai tie darbotos efektīvi.

Mākslīgā evolūcija uzlabo gēnu rediģēšanu

Tā vietā, lai uzminētu, kādas izmaiņas varētu uzlabot viņu sistēmu, Sternbergs un Lampe vērsās pie Deivida Liu, molekulārā biologa un organiskā ķīmiķa no Hārvardas un Broad Institute, kurš izstrādāja laboratorijas metodi, kas paātrina proteīnu attīstību. Lamp palielināja sistēmas veiktspēju līdz tādam līmenim, kas padarīja Tempo par dzīvotspējīgu risinājumu, un Īzaks Vits un Saimons Eicingers, divi Liu laboratorijas absolventi, pārcēla sistēmu uz Tempo, ļaujot veikt simtiem evolūcijas kārtu ar minimālu iejaukšanos.

"Turbokapu un fermentu attīstība uzlabojas, pārsniedzot to, ko pētnieki parasti var darīt ar mērķtiecīgām, racionāli izstrādātām modifikācijām," saka Lampe. "Mutācijas, kas iegūtas, izmantojot Tempo, ir ievērojami uzlabojušas visas liešanas sistēmas veiktspēju."

Pēc simtiem evolūcijas paaudžu jaunā Evokast sistēma var rediģēt 30% līdz 40% šūnu, kas ir milzīgs pieaugums salīdzinājumā ar sākotnējās sistēmas zemākajiem rediģēšanas ātrumiem.

Nākamie soļi

Evokast sistēma jau ir sasniegusi efektivitāti, kas piemērota dažiem gēnu rediģēšanas un gēnu terapijas lietojumiem, un pētnieki vēlētos sākt pārbaudīt savu sistēmu atbilstošākās modeļu sistēmās.

Tajā pašā laikā komanda turpina ieviest uzlabojumus, tostarp izmaiņas citos Evokast komponentos, lai vēl vairāk uzlabotu rediģēšanas efektivitāti.

Tomēr viens no lielākajiem izaicinājumiem Evokast un citiem lieliem DNS rediģēšanas rīkiem izstrādes procesā ir piegāde.

"Kā mēs faktiski nogādājam šos rīkus un to lietderīgās slodzes interesējošajās šūnās vai audos?" saka Šternbergs. "Tas ir izaicinājums, ar kuru daudzi no mums saskaras laukumā."

Vairāk informācijas

Pētījums ir atrodams "Programmējamā gēnu ievietošana cilvēka šūnās, izmantojot uz laboratoriju mērķētu CRISPR saistītu transpozāzi", kas publicēts 15. maijā Science.

Visi autori: Īzaks P. Vits (Plašais institūts un Hārvarda), Džordžs D. Lampe (Kolumbija), Saimons Eicingers (Plašais institūts un Hārvarda), Šenons M. Millers (Plašais institūts un Hārvarda), Kiara N. Beriosa (Plašais institūts un Hārvarda), Ambera N. Makelroja (Minesotas universitāte), G.B Strolingas institūts (Columbia T. Hārvarda), Djego R. Gelsingers (Kolumbija), Phuc Leo H. Vo (Kolumbija), Alberts T. Čens (Plašais institūts un Hārvarda), Jakubs Tolārs (Minesotas Universitāte), Marks J. Osborns (Minesotas Universitāte), Samuels H. Sternbergs (Kolumbija) un Deivids R. Liu (Broading institūts un Hārvarda).

Semjuels H. Sternbergs, PhD, ir Kolumbijas universitātes bioķīmijas un molekulārās biofizikas asociētais profesors. Deivids R. Liu, PhD, ir Ričarda Merkina profesors un Merkina veselības pārveidojošo tehnoloģiju institūta direktors, MIT un Hārvardas Plašā institūta fakultātes viceprezidents un Hārvardas universitātes zinātņu profesors Thomas Dudley Cabot. Abi ir izmeklētāji Hovarda Hjūza Medicīnas institūtā.

Pētījumu atbalstīja NIH (dotācijas 1F31HL167530, R01AR063070, DP2HG011650, R01EB027793, R01EB031172, R01EB027793, RM1HG009490 un Nacionālais pētniecības fonds R806Gdu1) Stipendija, Pew Biomedical Sciences stipendija, Sloan Research Fellowship, Irma T. Hirschl karjeras zinātnieka balva, Kolumbijas Universitātes Ērvingas medicīnas centra dekanāta birojs, Vagelos Precision Medicine un HHMI izmēģinājuma stipendija.

Autori ir iesnieguši patentu pieteikumus saistībā ar šo darbu. Deivids Liu ir Beam Therapeutics, Prime Medicine, Paired Plants, Chroma Medicine, Resonance Medicine, Exo-Therapeutics un NOV Therapeutics līdzdibinātājs, padomnieks un/vai akcionārs. Samuels Sternbergs ir Dahlia Biosciences līdzdibinātājs un zinātniskais padomnieks, Crispits and Prime Medicine zinātniskais padomnieks un Dahlia Biosciences un Crisprbits akcionārs.

Avoti: