重磅！CRISPR先驅(qū)張峰發(fā)現(xiàn)全新mRNA遞送系統(tǒng)
近日，COVID-19 mRNA 疫苗和現(xiàn)有的基因療法，包括那些使用 CRISPR-Cas9 基因編輯工具構(gòu)建的疫苗，通過病毒載體或脂質(zhì)納米顆粒被輸送到細(xì)胞中。由Broad研究所的 CRISPR 先驅(qū)張鋒博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)了一種利用人類蛋白質(zhì)的新型 mRNA 傳遞系統(tǒng)。這個(gè)被稱為 SEND 的系統(tǒng)利用了一種叫做 PEG10 的人類蛋白質(zhì)與自身 mRNA 結(jié)合并在其周圍形成保護(hù)性膠囊的能力。在發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一項(xiàng)新研究中，張鋒和同事設(shè)計(jì)了 PEG10 以接受他們選擇的 RNA 貨物，并成功地將該系統(tǒng)傳遞給小鼠和人類細(xì)胞。研究人員建議，這些發(fā)現(xiàn)支持 SEND 作為基于 RNA 的基因療法的有效遞送平臺(tái)，可以重復(fù)給藥。研究小組說，因?yàn)?SEND 使用一種在體內(nèi)自然產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，它可能不會(huì)觸發(fā)可能使基因療法無效的免疫反應(yīng)。
PEG10 是一種逆轉(zhuǎn)錄病毒樣蛋白，由通過祖先病毒感染將自身整合到人類基因組中的基因表達(dá)。逆轉(zhuǎn)錄病毒和逆轉(zhuǎn)錄元件的一個(gè)共同特征是稱為“gag”的核心結(jié)構(gòu)基因。在哺乳動(dòng)物中，已知 gag 的等價(jià)物可形成保護(hù)殼以保護(hù)其遺傳物質(zhì)并在細(xì)胞之間轉(zhuǎn)移 mRNA。這些逆轉(zhuǎn)錄病毒樣蛋白的這一獨(dú)特特征激發(fā)了它們可以成為基因治療的有效載體的想法。在目前的研究中，張鋒及其同事搜索了人類和小鼠的基因組，發(fā)現(xiàn)了人類和小鼠中都存在的 19 個(gè) gag 衍生基因。進(jìn)一步的分析指出 PEG10 是一種有效的傳遞工具；與其他蛋白質(zhì)相比，這些細(xì)胞釋放出明顯更多的 PEG10 顆粒，并且這些顆粒大多含有自身的 mRNA。為了開發(fā)傳遞系統(tǒng)，研究人員首先確定了 PEG10 mRNA 非翻譯區(qū)上觸發(fā) mRNA 有效包裝和功能轉(zhuǎn)移所需的最小序列或“信號(hào)”。因此，研究人員知道在重新編程 PEG10 的 mRNA 以攜帶感興趣的基因時(shí)要保留哪些遺傳元件。為了改進(jìn)構(gòu)建體，研究人員添加了稱為“融合素”的蛋白質(zhì)，可促進(jìn)細(xì)胞融合，這是轉(zhuǎn)移基因組材料的關(guān)鍵步驟。這些細(xì)胞表面蛋白還允許研究人員將 PEG10 引導(dǎo)至特定類型的細(xì)胞、組織或器官。該團(tuán)隊(duì)使用 CRISPR-Cas9 系統(tǒng)測(cè)試 SEND 以編輯特定基因。在 CRISPR-Cas9 中，一個(gè)短的引導(dǎo) RNA 序列有助于定位目標(biāo)基因，而 Cas9 蛋白進(jìn)行切割。研究小組報(bào)告說，將大量 Cas9 貨物輸送到表達(dá)單一向?qū)?RNA (sgRNA) 的小鼠細(xì)胞系中，導(dǎo)致受體細(xì)胞中約 60% 的插入和缺失。使用人類 SEND 系統(tǒng)將 Cas9 與 sgRNA 共同包裝，科學(xué)家們報(bào)告說，在染色體上的特定位置進(jìn)行了大約 40% 的編輯。張鋒被公認(rèn)為 CRISPR 開發(fā)的開拓者，他的工作主要集中在改進(jìn)基因編輯工具上。例如，他是 Beam Therapeutics 的聯(lián)合創(chuàng)始人，該公司致力于開發(fā)基于 CRISPR 的工具，能夠精確編輯 DNA 的特定堿基對(duì)。張鋒和他的研究人員認(rèn)為，SEND 可以提供一種新方法，將 RNA 作為治療藥物或作為基因編輯工具來靶向有問題的 DNA?！巴ㄟ^混合和匹配 SEND 系統(tǒng)中的不同組件，我們相信它將為開發(fā)針對(duì)不同疾病的療法提供一個(gè)模塊化平臺(tái)，”張鋒在一份聲明中說。當(dāng)前使用的病毒載體遞送平臺(tái)的一個(gè)問題是它們只允許給藥一次，因?yàn)槊庖呦到y(tǒng)可能會(huì)識(shí)別載體并對(duì)第二次給藥發(fā)起強(qiáng)烈攻擊。研究人員在研究中寫道，鑒于 SEND 使用人類蛋白質(zhì)，它可能不會(huì)觸發(fā)免疫反應(yīng)，因此可以重復(fù)給藥，“這極大地?cái)U(kuò)展了核酸治療的應(yīng)用”。接下來，該團(tuán)隊(duì)將在動(dòng)物身上測(cè)試 SEND，并進(jìn)一步改進(jìn)將 RNA 貨物輸送到不同細(xì)胞和組織的系統(tǒng)。他們還將探索使用人體中的其他成分來潛在地添加到系統(tǒng)中。“意識(shí)到我們可以使用 PEG10 和很可能其他蛋白質(zhì)來設(shè)計(jì)人體中的傳遞途徑來包裝和傳遞新的 RNA 和其他潛在療法，這是一個(gè)非常強(qiáng)大的概念，”張鋒說。
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