Broad Institute의 연구원들은 전체 유전자를 인간 세포에 효율적으로 삽입할 수 있도록 유전자 편집을 개선하여 낭포성 섬유증과 같은 질병에 대한 단일 유전자 치료법의 가능성을 제공했습니다. 이 방법은 프라임 편집과 새로운 효소를 결합하여 편집 효율성을 향상시켜 유전자 치료에 혁명을 일으킬 수 있습니다.
유전자 편집 기술은 재조합효소로 알려진 고급 효소와 함께 프라이머 편집기를 사용합니다. 이 접근법은 낭포성 섬유증과 같은 질환에 효과적인 보편적인 유전자 치료법으로 이어질 가능성이 있습니다.
MIT 브로드 연구소와 하버드 대학의 연구원들은 이제 전체 유전자를 인간 세포의 게놈에 효율적으로 삽입하거나 대체하여 치료 용도에 적합하게 만들 수 있는 고급 유전자 편집 기술을 보유하고 있습니다.
Broadcore Institute 회원인 David Liu의 연구실에서 이루어진 이러한 발전은 언젠가 연구자들이 유전자의 수백 또는 수천 가지 돌연변이 중 하나로 인해 발생하는 낭포성 섬유증과 같은 질병에 대한 단일 유전자 치료법을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 새로운 접근 방식을 사용하면 더 작은 수정을 가하는 다른 유전자 편집 접근 방식을 사용하여 각 돌연변이를 수정하기 위해 다른 유전자 치료법을 만들 필요 없이 유전자의 건강한 복사본을 게놈의 원래 위치에 삽입할 수 있습니다.
새로운 방법은 약 100~200개 염기쌍까지 광범위한 변형을 직접 할 수 있는 프라임 편집과 큰 세포 조각을 효율적으로 삽입하는 새로 개발된 재조합 효소를 조합한 것이다. DNA 게놈의 특정 위치에 길이가 수천 개의 염기쌍이 있습니다. eePASSIGE라고 불리는 이 시스템은 다른 유사한 방법보다 몇 배 더 효율적으로 유전자 크기 편집을 수행할 수 있으며, 의생명공학의 본질.
이번 연구의 주 저자이자 UCLA 연구센터 소장인 리처드 머킨(Richard Mirkin) 교수이자 소장인 Liu는 “우리가 아는 한, 이것은 잠재적인 치료적 중요성의 핵심 기준을 충족하는 포유류 세포 내 프로그래밍 가능한 표적 유전자 통합의 첫 번째 사례 중 하나입니다.”라고 말했습니다. . Broad의 의료 혁신 기술 분야 Mirkin 교수는 Harvard University의 교수이자 Howard Hughes Medical Institute의 조사관입니다. “이러한 효율성을 고려할 때 배양된 인간 세포에서 관찰한 효율성이 임상 환경으로 전환될 수 있다면 대부분은 아니지만 많은 기능 상실 유전 질환이 개선되거나 구제될 수 있을 것으로 기대합니다.”
Liu 그룹의 대학원생 Smriti Pandey와 박사후 연구원 Daniel Zhao는 이 연구의 공동 저자였으며, 이 연구는 미네소타 대학의 Mark Osborne 그룹 및 Beth Israel Deaconess Medical Center의 Eliot Chekov 그룹과도 협력했습니다.
Pandey는 “이 시스템은 질병 치료를 위해 환자에게 유전자를 제공하기 전에 신체 외부의 세포에 유전자를 정확하게 도입하는 데 사용될 수 있기 때문에 세포 치료에 유망한 기회를 제공합니다”라고 Pandey는 말했습니다.
Gao는 “새로운 종류의 게놈 약물을 가능하게 할 수 있는 eePASSIGE의 높은 효율성과 다용성을 보는 것은 매우 흥미롭습니다.”라고 덧붙였습니다. “우리는 또한 이것이 연구 커뮤니티 전반의 과학자들이 근본적인 생물학적 질문을 연구하는 데 사용할 수 있는 도구가 되기를 바랍니다.”
주요 개선 사항
많은 과학자들은 최대 수십 염기쌍 길이의 DNA 변화를 효율적으로 안정화하기 위해 프라임 편집을 사용해 왔으며, 이는 알려진 질병을 유발하는 돌연변이의 대부분을 교정하는 데 충분합니다. 그러나 수천 염기쌍 길이의 온전한 유전자 전체를 게놈의 원래 위치에 삽입하는 것은 유전자 편집의 오랜 목표였습니다. 이는 질병을 유발하는 유전자에 어떤 돌연변이가 있는지에 관계없이 많은 환자를 치료할 수 있을 뿐만 아니라 주변 DNA 서열도 보존하여 새로 발견된 유전자가 과발현되기보다는 적절하게 조절될 가능성을 더 높여줍니다. 아니면 너무 적거나, 잘못된 시간에 발생합니다.
2021년에 Liu의 연구실은 이 목표를 향한 큰 진전을 보고하고 게놈에 재조합 “착륙 부위”를 설치한 다음 Bxb1과 같은 천연 재조합 효소를 사용하여 새로운 DNA가 1차 DNA에 삽입되는 것을 촉매하는 TwinPE라는 핵심 편집 접근 방식을 개발했습니다. 셀. 편집된 대상 사이트
곧 Liu가 공동 설립한 생명공학 회사 Prime Medicine은 유전 질환 치료법을 개발하기 위해 PASSIGE(프라이머 지원 통합 부위별 유전자 편집)라는 기술을 사용하기 시작했습니다.
PASSIGE는 기능 유전자의 상실로 인해 발생하는 일부 유전병(대부분은 아닐 수도 있음)을 치료하는 데 충분한 세포의 일부에만 변형을 적용합니다. 그래서 오늘 보고된 새로운 작업에서 Liu 팀은 PASSIGE의 편집 효율성을 향상시키는 작업에 착수했습니다. 그들은 재조합 효소 Bxb1이 PASSIGE 효율 감소의 원인이라는 것을 발견했습니다. 그런 다음 Liu의 그룹에서 이전에 개발한 도구인 걸음 (파지 보조 연속 진화)을 통해 실험실에서 보다 효율적인 Bxb1 버전을 신속하게 개발합니다.
새로 개발 및 조작된 Bxb1 변종(eeBxb1)은 eePASSIGE 방법을 개선하여 평균 30% 더 많은 유전자 크기의 화물을 마우스와 인간 세포에 통합했습니다. 이는 원래 기술보다 4배, 최근 발표된 다른 방법보다 약 16배 더 많은 수치입니다. 스플라이스라고 부른다.
Liu는 “eePASSIGE 시스템은 기능 상실 장애를 치료하기 위해 유전 질환의 세포 및 동물 모델에서 우리가 선택한 유전자좌에 온전한 유전자 전사체를 통합하는 연구를 위한 유망한 기반을 제공합니다”라고 말했습니다. “우리는 이 시스템이 환자에게 표적 유전자 통합의 이점을 제공하는 중요한 단계가 되기를 바랍니다.”
이러한 목표를 염두에 두고 Liu의 팀은 이제 eePASSIGE를 다음과 같은 전달 시스템과 결합하기 위해 노력하고 있습니다. 바이러스와 유사한 입자 (eVLP)를 극복할 수 있음 장애 이는 전통적으로 유전자 편집자의 신체 내 치료 전달을 제한해 왔습니다.
참고 자료: Smriti Pandey, Chen D. Gao, Nicholas A.의 “계속 진화하는 재조합 및 프라이머 편집 프로세스를 통해 대형 유전자를 포유동물 세포에 효율적으로 사이트별로 통합합니다.” 크라스노우, 앰버 맥엘로이, Y. 앨런 타오, 조딘 E. 듀베, 벤자민 J. 스타인벡, 줄리아 맥크리어리, 사라 E. 피어스, 제이콥 톨라, 토르스텐 B. 마이스너, 엘리엇 L. 체호프, 마크 J. 오스본, 데이비드 R. 레오, 2024년 6월 10일, 의생명공학의 본질.
도이: 10.1038/s41551-024-01227-1
이 작업은 부분적으로 지원되었습니다. 국립 보건원빌 & 멜린다 게이츠 재단과 하워드 휴즈 의학 연구소.
“경순은 통찰력 있고 사악한 사상가로, 다양한 음악 장르에 깊은 지식을 가지고 있습니다. 힙스터 문화와 자연스럽게 어우러지는 그의 스타일은 독특합니다. 그는 베이컨을 좋아하며, 인터넷 세계에서도 활발한 활동을 보여줍니다. 그의 내성적인 성격은 그의 글에서도 잘 드러납니다.”