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。 布里斯托大學(xué)科學(xué)家開發(fā)的進(jìn)展發(fā)表在《Nucleic Acids Research》上。

在這項新研究中，國際團(tuán)隊描述了他們?nèi)绾蝿?chuàng)建 DNA 修復(fù)工具來從基因上修復(fù)有缺陷的 podocin，這是可遺傳的類固醇抗性腎病綜合征 (SRNS) 的常見遺傳原因。

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

通常，人類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的相對無害的病毒。  然而，這些病毒都有相同的限制，因為它們在病毒外殼內(nèi)的空間受到限制。   這反過來又限制了它們可以運送的貨物量，即有效基因修復(fù)所需的 DNA 試劑盒，這大大限制了它們在基因治療中的應(yīng)用范圍。

通過應(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 Francesco Aulicino 博士和 Imre Berger 教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊重新設(shè)計了桿狀病毒，這是一種用于人類的無害昆蟲病毒，不再受貨物容量的限制。

“將桿狀病毒與 LV、AV 和 AAV 區(qū)分開來的是缺乏包裹貨物空間的剛性外殼。”  領(lǐng)導(dǎo)這項研究的 Francesco Aulicino 博士說。   桿狀病毒的外殼就像一根空心棒——隨著貨物的增加，它只會變得更長。  這意味著桿狀病毒可以提供更復(fù)雜的工具包來修復(fù)遺傳缺陷，使其比常用系統(tǒng)更通用。

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。   這種改良的桿狀病毒被認(rèn)為是安全的，因為它只能在昆蟲中繁殖，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傳遞比以前更大的 DNA 片段，并將這些片段構(gòu)建到整個人類細(xì)胞的基因組中。

人類基因組中的 DNA 包含 30 億個堿基對，構(gòu)成約 25.000 個基因，這些基因編碼對細(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)錯誤的堿基對，就會產(chǎn)生錯誤的蛋白質(zhì)，這會使我們生病，從而導(dǎo)致遺傳性疾病。   通過糾正我們基因組中的此類錯誤，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，通過實現(xiàn)具有堿基對精度的基因修復(fù)，極大地推動了該領(lǐng)域的發(fā)展。

該團(tuán)隊使用來自患者的足細(xì)胞攜帶基因組中的致病錯誤來證明他們的技術(shù)能力。 通過創(chuàng)建一個 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 - 以及替換有缺陷基因的 DNA 序列，該團(tuán)隊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。

這種由 Berger 實驗室開發(fā)的稱為 MultiBac 的方法在世界各地的實驗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)家們意識到相同的特性可能會改變?nèi)祟惣?xì)胞中的基因治療時，他們開始努力創(chuàng)建他們出版物中描述的新系統(tǒng)。

Aulicino 博士補(bǔ)充說：“有很多途徑可以利用我們的系統(tǒng)。除了修復(fù) podocin 之外，我們還可以證明，通過使用我們的單一桿狀病毒遞送系統(tǒng)和最新的可用的編輯技術(shù)?！薄癝RNS 是影響腎臟的更常見的遺傳疾病之一，”布里斯托爾腎病中心遺傳性腎臟疾病基因治療的領(lǐng)先專家 Moin Saleem 教授說。  “SRNS 的特點是早期腎功能衰竭，導(dǎo)致受影響者的生活質(zhì)量嚴(yán)重下降?！?

Bristol Renal 腎臟細(xì)胞生物學(xué)教授 Gavin Welsh 教授總結(jié)道：“這些結(jié)果非常令人鼓舞。Berger 團(tuán)隊開創(chuàng)的這種新方法不僅對 SRNS，而且對一系列其他腎臟遺傳疾病都有希望， “目前技術(shù)無法實現(xiàn)有效的基因修復(fù)。為臨床應(yīng)用實施新的載體系統(tǒng)還有很長的路要走，但我們相信所提供的優(yōu)勢使這是一項非常值得的事業(yè)。”

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