改进的主要编辑系统可以在治疗水平上对人类细胞进行基因大小的编辑

Josiah

麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的科学家改进了一种基因编辑技术，该技术现在能够有效地在人类细胞基因组中插入或替换整个基因，并可能用于治疗应用。

这项由布罗德核心研究所成员 David Liu 实验室取得的进展，有朝一日可能有助于研究人员开发一种单一基因疗法，用于治疗由基因中数百或数千种不同突变之一引起的囊性纤维化等疾病。利用这种新方法，他们可以将基因的健康副本插入基因组中的原始位置，而不必使用其他进行较小编辑的基因编辑方法创建不同的基因疗法来纠正每个突变。

新方法结合了主要编辑（可直接进行多达约 100 或 200 个碱基对的广泛编辑）和新开发的重组酶，重组酶可高效地将数千个碱基对的大量 DNA 插入基因组中的特定位点。该系统称为 eePASSIGE，可以比其他类似方法高效数倍地进行基因大小的编辑，相关报道发表在《自然生物医学工程》上。

“据我们所知，这是哺乳动物细胞中可编程靶向基因整合的首批例子之一，满足了潜在治疗相关性的主要标准，”刘说，他是这项研究的资深作者，理查德·默金教授和布罗德大学默金医疗变革技术研究所所长，哈佛大学教授和霍华德·休斯医学研究所研究员。

“如果我们在培养的人体细胞中观察到的效率可以转化为临床应用，那么我们预计，许多（如果不是大多数的话）功能丧失的遗传疾病都可以得到改善或挽救。”

刘教授研究小组的研究生 Smriti Pandey 和博士后研究员 Daniel Gao 是这项研究的共同第一作者，该研究也是与明尼苏达大学的 Mark Osborn 团队和贝斯以色列女执事医疗中心的 Elliot Chaikof 团队合作完成的。

潘迪说：“该系统为细胞疗法提供了光明的机会，它可以用来将基因精确地插入体外的细胞中，然后将其给予患者以治疗疾病等。”

“eePASSIGE 的高效性和多功能性令人兴奋，它可能会催生出一种新的基因组药物，”高先生补充道。“我们还希望它能成为整个研究界的科学家研究基本生物学问题的工具。”

主要改进

许多科学家已经利用主要编辑有效地对 DNA 进行修改，这些修改的长度可达数十个碱基对，足以纠正绝大多数已知的致病突变。但将整个健康基因（通常长度为数千个碱基对）引入基因组中的原始位置一直是基因编辑领域的长期目标。

这不仅可以潜在地治疗许多患者，无论他们的致病基因是哪种突变，而且还可以保留周围的 DNA 序列，这将增加新安装的基因得到正确调控的可能性，而不是表达过多、过少或在错误的时间。

2021年，刘教授的实验室报告了朝着这一目标迈出的关键一步，开发了一种名为twinPE的先导编辑方法，该方法在基因组中安装重组酶“着陆位点”，然后利用Bxb1等天然重组酶催化新DNA插入到先导编辑的靶位点中。

刘博士联合创办的生物科技公司 Prime Medicine 很快就开始使用这项他们称之为 PASSIGE（prime-editing-assisted site-specific integrationase gene editing，主要编辑辅助位点特异性整合酶基因编辑）的技术来开发治疗遗传疾病的治疗方法。

PASSIGE 只能在一小部分细胞中安装编辑，这足以治疗一些但可能不是大多数因功能基因缺失而导致的遗传疾病。因此，刘的团队在今天报道的新研究中着手提高 PASSIGE 的编辑效率。他们发现重组酶 Bxb1 是限制 PASSIGE 效率的罪魁祸首。然后，他们使用刘的团队之前开发的一种名为PACE（噬菌体辅助持续进化）的工具在实验室中快速进化出更高效的 Bxb1 版本。

由此产生的新进化和设计的 Bxb1 变体 (eeBxb1) 改进了 eePASSIGE 方法，可以在小鼠和人类细胞中整合平均 30％ 的基因大小的货物，比原始技术多四倍，比另一种最近发表的 PASTE 方法多约 16 倍。

刘教授表示：“eePASSIGE 系统为研究在遗传疾病的细胞和动物模型中将健康基因拷贝整合到我们选择的位点以治疗功能丧失性疾病奠定了良好的基础。我们希望该系统将成为实现靶向基因整合造福患者的重要一步。”

为了实现这一目标，刘的团队目前正致力于将 eePASSIGE 与工程病毒样颗粒 (eVLP) 等递送系统相结合，以克服传统上限制基因编辑器在体内进行治疗递送的障碍。