新的DNA修復(fù)試劑盒成功修復(fù)了患者來(lái)源細(xì)胞中的遺傳性疾病

使用可能改變游戲規(guī)則的DNA修復(fù)套件，已在患者衍生的腎細(xì)胞中修復(fù)了導(dǎo)致影響兒童和年輕人的衰弱性遺傳性腎病的基因突變。這項(xiàng)由布里斯托大學(xué)科學(xué)家開(kāi)發(fā)的進(jìn)展發(fā)表在NucleicAcidsResearch上。

在這項(xiàng)新研究中，國(guó)際團(tuán)隊(duì)描述了他們?nèi)绾蝿?chuàng)建DNA修復(fù)工具來(lái)從基因上修復(fù)有缺陷的podocin，這是可遺傳的類(lèi)固醇抗性腎病綜合征(SRNS)的常見(jiàn)遺傳原因。

Podocin是一種通常位于特殊腎細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)，對(duì)腎功能至關(guān)重要。然而，有缺陷的podocin仍然卡在細(xì)胞內(nèi)，永遠(yuǎn)不會(huì)到達(dá)表面，最終會(huì)損壞足細(xì)胞。由于該疾病無(wú)法通過(guò)藥物治愈，因此修復(fù)導(dǎo)致錯(cuò)誤podocin的基因突變的基因療法為患者提供了希望。

通常，人類(lèi)病毒已被用于基因治療應(yīng)用以進(jìn)行基因修復(fù)。這些被用作“特洛伊木馬”進(jìn)入攜帶錯(cuò)誤的單元格。目前占主導(dǎo)地位的系統(tǒng)包括慢病毒(LV)、腺病毒(AV)和腺相關(guān)病毒(AAV)，它們都是容易感染人類(lèi)的??相對(duì)無(wú)害的病毒。然而，這些病毒都有相同的限制，因?yàn)樗鼈冊(cè)诓《就鈿?nèi)的空間受到限制。這反過(guò)來(lái)又限制了它們可以運(yùn)送的貨物量，即有效基因修復(fù)所需的DNA試劑盒，這大大限制了它們?cè)诨蛑委熤械膽?yīng)用范圍。

通過(guò)應(yīng)用合成生物學(xué)技術(shù)，由布里斯托爾生物化學(xué)學(xué)院的FrancescoAulicino博士和ImreBerger教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)重新設(shè)計(jì)了桿狀病毒，這是一種對(duì)人類(lèi)無(wú)害的昆蟲(chóng)病毒，不再受貨物容量的限制。

“將桿狀病毒與LV、AV和AAV區(qū)分開(kāi)來(lái)的是缺乏包裹貨物空間的剛性外殼。”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的FrancescoAulicino博士說(shuō)。桿狀病毒的外殼類(lèi)似于一根空心棒——隨著貨物的增加，它只會(huì)變得更長(zhǎng)。這意味著桿狀病毒可以提供更復(fù)雜的工具包來(lái)修復(fù)遺傳缺陷，使其比常用系統(tǒng)更加通用。

首先，桿狀病毒必須具備穿透人體細(xì)胞的能力，這是它通常無(wú)法穿透的。“我們用蛋白質(zhì)修飾了桿狀病毒，使其能夠非常有效地進(jìn)入人體細(xì)胞。”Aulicino博士解釋說(shuō)。這種改良的桿狀病毒被認(rèn)為是安全的，因?yàn)樗荒茉诶ハx(chóng)中繁殖，而不能在人體細(xì)胞中繁殖。然后，科學(xué)家們使用他們的工程桿狀病毒來(lái)傳遞比以前更大的DNA片段，并將這些片段構(gòu)建到整個(gè)人類(lèi)細(xì)胞的基因組中。

人類(lèi)基因組中的DNA包含30億個(gè)堿基對(duì)，構(gòu)成約25.000個(gè)基因，這些基因編碼對(duì)細(xì)胞功能至關(guān)重要的蛋白質(zhì)。如果我們的基因中出現(xiàn)錯(cuò)誤的堿基對(duì)，就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的蛋白質(zhì)，這會(huì)使我們生病，從而導(dǎo)致遺傳性疾病。通過(guò)糾正我們基因組中的此類(lèi)錯(cuò)誤，基因療法有望從根本上修復(fù)遺傳性疾病。基因編輯方法，尤其是基于CRISPR/Cas的方法，通過(guò)實(shí)現(xiàn)具有堿基對(duì)精度的基因修復(fù)，極大地推動(dòng)了該領(lǐng)域的發(fā)展。

該團(tuán)隊(duì)使用來(lái)自患者的足細(xì)胞攜帶基因組中的致病錯(cuò)誤來(lái)證明他們的技術(shù)能力。通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)DNA修復(fù)試劑盒，包括基于蛋白質(zhì)的剪刀和引導(dǎo)它們的核酸分子，以及用于替換有缺陷基因的DNA序列，該團(tuán)隊(duì)使用單一工程桿狀病毒交付了與CRISPR相伴的podocin基因的健康副本/Cas機(jī)器以堿基對(duì)精度將其插入基因組。這能夠逆轉(zhuǎn)致病表型并將podocin恢復(fù)到細(xì)胞表面。

ImreBerger教授解釋說(shuō)：“我們之前曾使用桿狀病毒感染培養(yǎng)的昆蟲(chóng)細(xì)胞，以生產(chǎn)重組蛋白來(lái)研究它們的結(jié)構(gòu)和功能。”這種由Berger實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的稱(chēng)為MultiBac的方法在世界各地的實(shí)驗(yàn)室中非常成功地制備了具有許多亞基的非常大的多蛋白復(fù)合物。“MultiBac已經(jīng)利用桿狀病毒外殼的靈活性將大片DNA輸送到培養(yǎng)的昆蟲(chóng)細(xì)胞中，指導(dǎo)它們組裝我們感興趣的蛋白質(zhì)。”當(dāng)科學(xué)家們意識(shí)到相同的特性可能會(huì)改變?nèi)祟?lèi)細(xì)胞中的基因治療時(shí)，他們開(kāi)始努力創(chuàng)建他們出版物中描述的新系統(tǒng)。

Aulicino博士補(bǔ)充說(shuō)：“有很多途徑可以利用我們的系統(tǒng)。除了podocin修復(fù)之外，我們可以證明我們可以同時(shí)有效地糾正基因組中不同位置的許多錯(cuò)誤，通過(guò)使用我們的單一桿狀病毒傳遞系統(tǒng)和最最近可用的編輯技術(shù)。”

“SRNS是影響腎臟的更常見(jiàn)的遺傳疾病之一，”布里斯托爾腎病中心遺傳性腎臟疾病基因治療的領(lǐng)先專(zhuān)家MoinSaleem教授說(shuō)。“SRNS的特點(diǎn)是早期腎功能衰竭，導(dǎo)致受影響者的生活質(zhì)量嚴(yán)重下降。”

BristolRenal腎臟細(xì)胞生物學(xué)教授GavinWelsh教授總結(jié)道：“這些結(jié)果非常令人鼓舞。Berger團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)的這種新方法不僅對(duì)SRNS，而且對(duì)一系列其他腎臟遺傳疾病都有希望，“目前的技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的基因修復(fù)。為臨床應(yīng)用實(shí)施新的載體系統(tǒng)還有很長(zhǎng)的路要走，但我們相信所提供的優(yōu)勢(shì)使其成為一項(xiàng)非常值得的事業(yè)。”

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