Ora è possibile l’inserimento completo del gene nelle cellule umane

La tecnologia di editing genetico utilizza editor di primer insieme ad enzimi avanzati noti come ricombinasi. Questo approccio ha il potenziale per portare a terapie geniche universali efficaci per condizioni come la fibrosi cistica.

I ricercatori del Broad Institute del MIT e dell’Università di Harvard hanno sviluppato una tecnologia avanzata di editing genetico che ora può inserire o sostituire in modo efficiente interi geni nei genomi delle cellule umane, rendendole adatte per usi terapeutici.

Questo progresso, realizzato dal laboratorio di David Liu, membro del Broadcore Institute, potrebbe un giorno aiutare i ricercatori a sviluppare un’unica terapia genetica per malattie come la fibrosi cistica, causate da una delle centinaia o migliaia di mutazioni diverse nel gene. Usando questo nuovo approccio, saranno in grado di inserire una copia sana di un gene nella sua posizione originale nel genoma, invece di dover creare una terapia genica diversa per correggere ciascuna mutazione utilizzando altri approcci di editing genetico che apportano modifiche più piccole.

Il nuovo metodo utilizza una combinazione di prime editing, che può apportare direttamente un’ampia gamma di modifiche fino a circa 100 o 200 paia di basi, ed enzimi di ricombinazione di nuova concezione che inseriscono in modo efficiente grandi pezzi di cellule. DNA Migliaia di paia di basi di lunghezza in posizioni specifiche nel genoma. Questo sistema, chiamato eePASSIGE, può eseguire modifiche delle dimensioni dei geni in modo molto più efficiente rispetto ad altri metodi simili, ed è riportato in Natura dell’ingegneria biomedica.

“Per quanto ne sappiamo, questo è uno dei primi esempi di integrazione genetica mirata programmabile nelle cellule di mammifero che soddisfa criteri chiave di potenziale significato terapeutico”, ha affermato Liu, autore principale dello studio, professore Richard Mirkin e direttore del Centro di ricerca dell’UCLA. . Mirkin Professor of Transformative Technologies in Healthcare presso Broad, è professore all’Università di Harvard e ricercatore presso l’Howard Hughes Medical Institute. “Considerate queste efficienze, prevediamo che molte, se non la maggior parte, delle malattie genetiche con perdita di funzione potrebbero essere migliorate o curate, se le efficienze che osserviamo nelle cellule umane in coltura possono essere tradotte in ambito clinico”.

La studentessa laureata Smriti Pandey e il ricercatore post-dottorato Daniel Zhao, entrambi del gruppo di Liu, sono stati coautori dello studio, che è stato anche una collaborazione con il gruppo di Mark Osborne presso l’Università del Minnesota e il gruppo di Eliot Chekov presso il Beth Israel Deaconess Medical Center.

“Questo sistema offre opportunità promettenti per le terapie cellulari, poiché può essere utilizzato per introdurre con precisione i geni nelle cellule esterne al corpo prima di somministrarli ai pazienti per curare malattie, tra le altre applicazioni”, ha affermato Pandey.

“È entusiasmante vedere l’elevata efficienza e versatilità di eePASSIGE, che potrebbe consentire la realizzazione di una nuova classe di farmaci genomici”, ha aggiunto Gao. “Speriamo anche che sia uno strumento che gli scienziati di tutta la comunità di ricerca possano utilizzare per studiare questioni biologiche fondamentali”.

Grandi miglioramenti

Molti scienziati hanno utilizzato il prime editing per stabilizzare in modo efficiente i cambiamenti nel DNA fino a decine di paia di basi di lunghezza, il che è sufficiente per correggere la stragrande maggioranza delle mutazioni conosciute che causano malattie. Ma l’inserimento di interi geni intatti, spesso lunghi migliaia di paia di basi, nella loro posizione originale nel genoma è stato un obiettivo di lunga data nell’editing genetico. Questo non solo potrebbe curare molti pazienti indipendentemente dalla mutazione che hanno nel gene che causa la malattia, ma preserverebbe anche la sequenza del DNA circostante, rendendo più probabile che il gene appena scoperto sia adeguatamente regolato, piuttosto che sovraespresso. O troppo poco, o nel momento sbagliato.

Nel 2021, il laboratorio di Liu ha compiuto un passo importante verso questo obiettivo e ha sviluppato un approccio di editing chiave chiamato TwinPE che ha installato “siti di atterraggio” ricombinanti nel genoma e quindi ha utilizzato enzimi ricombinanti naturali come Bxb1 per catalizzare l’inserimento di nuovo DNA nel DNA primario cellula. Siti di destinazione modificati

Ben presto, la società biotecnologica Prime Medicine, cofondata da Liu, iniziò a utilizzare la tecnologia, che chiamarono PASSIGE (editing genetico site-specific integrativo assistito da primer), per sviluppare trattamenti per le malattie genetiche.

PASSIGE installa le modifiche solo in una frazione di cellule, sufficienti per trattare alcune, ma forse non la maggior parte, delle malattie genetiche che derivano dalla perdita di un gene funzionante. Quindi, nel nuovo lavoro riportato oggi, il team di Liu ha deciso di migliorare l’efficienza di editing di PASSIGE. Hanno scoperto che l’enzima ricombinante Bxb1 era la ragione della riduzione dell’efficienza di PASSIGE. Hanno quindi utilizzato uno strumento precedentemente sviluppato dal gruppo di Liu chiamato un passo (evoluzione continua assistita da fagi) per sviluppare rapidamente versioni più efficienti di Bxb1 in laboratorio.

Una variante Bxb1 recentemente sviluppata e ingegnerizzata (eeBxb1) ha migliorato il metodo eePASSIGE per incorporare in media il 30% in più di carico di dimensioni genetiche nelle cellule umane e di topo, quattro volte in più rispetto alla tecnologia originale e circa 16 volte in più rispetto a un altro metodo recentemente pubblicato. chiamato giunzione.

“Il sistema eePASSIGE fornisce una base promettente per studi che integrano trascrizioni genetiche intatte nei loci scelti in modelli cellulari e animali di malattie genetiche per trattare i disturbi legati alla perdita di funzione”, ha affermato Liu. “Ci auguriamo che questo sistema si riveli un passo importante verso l’offerta ai pazienti dei benefici dell’integrazione genetica mirata”.

Con questo obiettivo in mente, il team di Liu sta ora lavorando per combinare eePASSIGE con sistemi di consegna come Particelle simili a virus (eVLP) che possono superare Ostacoli Ciò ha tradizionalmente limitato la somministrazione terapeutica di editor genetici nel corpo.

Riferimento: “Efficiente integrazione sito-specifica di grandi geni nelle cellule di mammifero attraverso processi di ricombinazione e modifica dei primer in continua evoluzione” di Smriti Pandey, Chen D. Gao, Nicholas A. Krasnow, Amber McElroy, Y. Allen Tao, Jordyn E. Dube, Benjamin J. SteinbeckJulia McCrearySarah E. Pierce, Jacob Tollar, Torsten B. Meissner, Elliot L. Cechov, Mark J. Osborne e David R. Leone, 10 giugno 2024, Natura dell’ingegneria biomedica.
doi: 10.1038/s41551-024-01227-1

Questo lavoro è stato in parte sostenuto da Istituto Nazionale della SaluteLa Fondazione Bill & Melinda Gates e l’Howard Hughes Medical Institute.