新的DNA修復(fù)試劑盒成功修復(fù)了患者來源細(xì)胞中的遺傳性疾病

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。這項由布里斯托大學(xué)科學(xué)家開發(fā)的進(jìn)展發(fā)表在NucleicAcidsResearch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是一種通常位于特殊腎細(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?yàn)樗鼈冊诓《就鈿?nèi)的空間受到限制。這反過來又限制了它們可以運(yùn)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FrancescoAulicino博士和ImreBerger教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊重新設(shè)計了桿狀病毒，這是一種對人類無害的昆蟲病毒，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FrancescoAulicino博士說。桿狀病毒的外殼類似于一根空心棒——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)更加通用。

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?yàn)樗荒茉诶ハx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?；蚓庉嫹椒?，尤其是基于CRISPR/Cas的方法，通過實(shí)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，以及用于替換有缺陷基因的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。

ImreBerger教授解釋說：“我們之前曾使用桿狀病毒感染培養(yǎng)的昆蟲細(xì)胞，以生產(chǎn)重組蛋白來研究它們的結(jié)構(gòu)和功能。”這種由Berger實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的稱為MultiBac的方法在世界各地的實(shí)驗(yàn)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podocin修復(fù)之外，我們可以證明我們可以同時有效地糾正基因組中不同位置的許多錯誤，通過使用我們的單一桿狀病毒傳遞系統(tǒng)和最最近可用的編輯技術(shù)。”

“SRNS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MoinSaleem教授說。“SRNS的特點(diǎn)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。”

BristolRenal腎臟細(xì)胞生物學(xué)教授GavinWelsh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，“目前的技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)有效的基因修復(fù)。為臨床應(yīng)用實(shí)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)勢使其成為一項非常值得的事業(yè)。”

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