Penyisipan gen secara lengkap kini dapat dilakukan ke dalam sel manusia

Para peneliti di Broad Institute telah meningkatkan pengeditan gen untuk memasukkan seluruh gen secara efisien ke dalam sel manusia, sehingga menawarkan kemungkinan terapi gen tunggal untuk penyakit seperti fibrosis kistik. Metode ini menggabungkan penyuntingan utama dengan enzim baru untuk meningkatkan efisiensi penyuntingan, yang dapat merevolusi terapi gen.

Teknologi pengeditan gen menggunakan editor primer bersama dengan enzim canggih yang dikenal sebagai rekombinasi. Pendekatan ini berpotensi mengarah pada terapi gen universal yang efektif untuk kondisi seperti fibrosis kistik.

Para peneliti di Broad Institute of MIT dan Harvard University memiliki teknologi penyuntingan gen canggih yang kini dapat secara efisien memasukkan atau mengganti seluruh gen ke dalam genom sel manusia, sehingga cocok untuk penggunaan terapeutik.

Kemajuan ini, yang dicapai oleh laboratorium David Liu, anggota Broadcore Institute, suatu hari nanti dapat membantu para peneliti mengembangkan terapi gen tunggal untuk penyakit seperti fibrosis kistik yang disebabkan oleh salah satu dari ratusan atau ribuan mutasi berbeda pada gen. Dengan menggunakan pendekatan baru ini, mereka akan dapat memasukkan salinan gen yang sehat ke lokasi aslinya dalam genom, daripada harus membuat terapi gen yang berbeda untuk memperbaiki setiap mutasi menggunakan pendekatan pengeditan gen lain yang melakukan modifikasi lebih kecil.

Metode baru ini menggunakan kombinasi pengeditan prima, yang secara langsung dapat membuat berbagai macam modifikasi hingga sekitar 100 atau 200 pasangan basa, dan enzim rekombinasi baru yang dikembangkan yang secara efisien menyisipkan potongan besar sel. DNA Panjangnya ribuan pasangan basa di lokasi tertentu dalam genom. Sistem ini, yang disebut eePASSIGE, dapat melakukan pengeditan berukuran gen beberapa kali lebih efisien dibandingkan metode serupa lainnya, dan dilaporkan dalam Sifat teknik biomedis.

“Sepengetahuan kami, ini adalah salah satu contoh pertama integrasi gen tertarget yang dapat diprogram dalam sel mamalia yang memenuhi kriteria utama yang memiliki potensi signifikansi terapeutik,” kata Liu, penulis utama studi tersebut, Profesor Richard Mirkin dan direktur Pusat Penelitian UCLA. . Mirkin Profesor Teknologi Transformatif dalam Layanan Kesehatan di Broad, adalah seorang profesor di Universitas Harvard dan peneliti di Howard Hughes Medical Institute. “Dengan adanya efisiensi ini, kami mengantisipasi bahwa banyak, jika tidak sebagian besar, penyakit genetik yang kehilangan fungsi dapat diperbaiki atau diselamatkan, jika efisiensi yang kami amati pada sel manusia yang dikultur dapat diterjemahkan ke dalam lingkungan klinis.”

Mahasiswa pascasarjana Smriti Pandey dan peneliti pascadoktoral Daniel Zhao, keduanya dalam kelompok Liu, adalah rekan penulis penelitian ini, yang juga merupakan kolaborasi dengan kelompok Mark Osborne di Universitas Minnesota dan kelompok Eliot Chekov di Beth Israel Deaconess Medical Center.

“Sistem ini menawarkan peluang yang menjanjikan untuk terapi sel, karena dapat digunakan untuk secara tepat memasukkan gen ke dalam sel di luar tubuh sebelum memberikannya kepada pasien untuk mengobati penyakit, dan penerapan lainnya,” kata Pandey.

“Sangat menarik melihat efisiensi tinggi dan fleksibilitas eePASSIGE, yang dapat memungkinkan obat genom kelas baru,” tambah Gao. “Kami juga berharap ini akan menjadi alat yang dapat digunakan oleh para ilmuwan dari seluruh komunitas penelitian untuk mempelajari pertanyaan-pertanyaan mendasar tentang biologi.”

Perbaikan besar

Banyak ilmuwan telah menggunakan pengeditan prima untuk secara efisien menstabilkan perubahan DNA hingga panjang puluhan pasangan basa, yang cukup untuk mengoreksi sebagian besar mutasi penyebab penyakit yang diketahui. Namun memasukkan seluruh gen yang utuh, seringkali sepanjang ribuan pasangan basa, ke dalam lokasi aslinya dalam genom telah menjadi tujuan jangka panjang dalam pengeditan gen. Hal ini tidak hanya dapat menyembuhkan banyak pasien, apa pun mutasi yang mereka miliki pada gen penyebab penyakit, namun juga akan menjaga urutan DNA di sekitarnya, sehingga lebih mungkin bahwa gen yang baru ditemukan akan diatur dengan baik, dan tidak diekspresikan secara berlebihan. Atau terlalu sedikit, atau pada waktu yang salah.

Pada tahun 2021, laboratorium Liu melaporkan langkah besar menuju tujuan ini dan mengembangkan pendekatan pengeditan kunci yang disebut TwinPE yang memasang “situs pendaratan” rekombinan dalam genom, dan kemudian menggunakan enzim rekombinan alami seperti Bxb1 untuk mengkatalisis penyisipan DNA baru ke dalam genom primer. sel. Situs target yang diedit

Tak lama kemudian, perusahaan bioteknologi Prime Medicine, yang didirikan bersama Liu, mulai menggunakan teknologi tersebut, yang mereka sebut PASSIGE (pengeditan gen spesifik lokasi integratif berbantuan primer), untuk mengembangkan pengobatan penyakit genetik.

PASSIGE memasang modifikasi hanya pada sebagian kecil sel, cukup untuk mengobati beberapa, tapi mungkin tidak sebagian besar, penyakit genetik yang diakibatkan oleh hilangnya gen yang berfungsi. Jadi, dalam karya baru yang dilaporkan hari ini, tim Liu berupaya meningkatkan efisiensi pengeditan PASSIGE. Mereka menemukan bahwa enzim rekombinan Bxb1 adalah penyebab penurunan efisiensi PASSIGE. Mereka kemudian menggunakan alat yang sebelumnya dikembangkan oleh kelompok Liu yang disebut sebuah langkah (evolusi berkelanjutan yang dibantu fag) untuk dengan cepat mengembangkan versi Bxb1 yang lebih efisien di laboratorium.

Varian Bxb1 yang baru dikembangkan dan direkayasa (eeBxb1) telah meningkatkan metode eePASSIGE untuk menggabungkan rata-rata 30 persen lebih banyak muatan berukuran gen ke dalam sel tikus dan manusia, empat kali lebih banyak dibandingkan teknologi asli dan sekitar 16 kali lebih banyak dibandingkan metode lain yang baru-baru ini diterbitkan. disebut sambungan.

“Sistem eePASSIGE memberikan landasan yang menjanjikan untuk penelitian yang mengintegrasikan transkrip gen utuh ke dalam lokus pilihan kami pada model penyakit genetik seluler dan hewan untuk mengobati gangguan hilangnya fungsi,” kata Liu. “Kami berharap sistem ini akan terbukti menjadi langkah penting dalam memberikan manfaat integrasi gen yang ditargetkan kepada pasien.”

Dengan tujuan ini, tim Liu sekarang berupaya menggabungkan eePASSIGE dengan sistem pengiriman seperti Partikel mirip virus (eVLPs) yang mungkin diatasi Lari gawang Yang secara tradisional membatasi pengiriman terapi editor gen ke dalam tubuh.

Referensi: “Integrasi gen besar spesifik lokasi yang efisien ke dalam sel mamalia melalui proses rekombinasi dan penyuntingan primer yang terus berkembang” oleh Smriti Pandey, Chen D. Gao, Nicholas A. Krasnow, Amber McElroy, Y. Allen Tao, Jordyn E. Dube, Benjamin J. Steinbeck, Julia McCreary, Sarah E. Pierce, Jacob Tollar, Torsten B. Meissner, Elliot L. Chekhov, Mark J. Osborne, dan David R. Leo, 10 Juni 2024, Sifat teknik biomedis.
doi: 10.1038/s41551-024-01227-1

Pekerjaan ini sebagian didukung oleh Institut Kesehatan NasionalYayasan Bill & Melinda Gates dan Institut Medis Howard Hughes.