张锋团队发文Science,有望为基因疗法带来颠覆性变革!

2021
08/21

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这就是如此令人兴奋的地方。这项研究表明,人体中可能还有其他 RNA 转移系统也可用于治疗目的。

提起基因编辑大家应该都不陌生,而CRISPR/Cas9系统更是基因编辑系统中明星一样的存在。

CRISPR/Cas本来是原核生物的免疫系统,用来抵抗外源遗传物质的入侵,比如噬菌体病毒和外源质粒。它可以识别出外源DNA,并将其切断,从而沉默外源基因的表达。

在向导RNA(guide RNA,gRNA)和Cas9蛋白的共同作用下,细胞基因组DNA(看成外源DNA)将被精确剪切或引入目的片段,这就是CRISPER/Cas9系统的精准性的基因编辑。

CRISPER/Cas9基因编辑技术虽然使用的非常广泛,但是却在临床治疗中一直没有广泛普及,原因则是可能的脱靶效应以及免疫原性等一些安全性问题的存在。

在2020年3月5日,基因编辑技术领域迎来了一则重大进展。由张锋博士创建的Editas Medicine公司和艾尔建(Allergan)公司联合宣布, 基于CRISPR基因编辑技术的在研疗法AGN-151587(EDIT-101)已在临床试验中完成了首例患者给药。研究团队通过使用AAV5载体通过视网膜下注射,将saCas9和CEP290特异性gRNA递送至感光细胞。这项研究可以说是基因治疗走向临床的一大步。


(图片来源:参考资料1)

张锋博士的实验室在2013年开发出CRISPR/Cas系统,大幅度提高了基因编辑的可靠性和效率,引起了国际关注,被视为诺贝尔奖的热门人选之一。并在2014年被《Nature》杂志评选为2013年度十大科学人物之一,2017年他获得了阿尔伯尼生物医学奖,成为历史上第二名获得此奖项的华人学者。


张锋博士

2021年6月份顶级杂志期刊《新英格兰医学期刊》NEJM发文:“CRISPR-Cas9 In Vivo Gene Editing for Transthyretin Amyloidosis” 公布了首个体内CRISPR基因编辑疗法的临床试验结果,证明了CRISPR在人体内是安全有效的。这项研究是通过静脉注射脂质纳米颗粒(LNP)包装的CRISPR系统。

(图片来源:参考资料2) CRISPR基因编辑疗法的临床试验结果

以上两篇历史性的研究报道中,分别使用AAV5载体和脂质纳米颗粒作为工具,向人体内输送CRISPR基因编辑系统。这些载体往往存在可能会整合到人类自身基因组,或者引发体内免疫反应的风险。那么,有没有一种更好,更安全的方式去递送基因编辑系统呢?

近期2021年8月20日,张锋博士再次在《Science》上发文“Mammalian retrovirus-like protein PEG10 packages its own mRNA and can be pseudotyped for mRNA delivery”为大家带来了一种全新的递送平台——SEND(Selective Endogenous eNcapsidation for cellular Delivery)。


(图片来源:参考资料3) Science官网

纵观生物的整个进化过程,逆转录病毒和逆转录元件无时不刻的在将其遗传密码插入哺乳动物基因组中。尽管病毒样序列对基因组完整性构成威胁,但大部分已然被哺乳动物细胞重组,并且在其发育中发挥重要作用。

早在四年前,研究人员便发现了来源于这些元件中的蛋白质——ARC蛋白,它并未对人体造成危害,反而在细胞间作为RNA传递的工具。科学家们立马就想到是否可以用这些蛋白来传递特定的RNA?

张锋老师团队一直走在CRISPR基因编辑的前沿,也致力于在这群蛋白中寻求RNA递送的可能的载体。在可能的48个这样蛋白质中最终筛选出了PEG10。PEG10颗粒能够携带自身编码的RNA,这表明可以将它改造为包装特定的RNA的蛋白质颗粒。

“生物医学界一直在开发强大的分子疗法,但以精确有效的方式将它们传递给细胞具有挑战性,”该研究的资深作者、麦戈文脑科学硏究所研究员、麻省理工学院神经科学教授张锋博士说道。

在该研究中,全新的递送平台——SEND就是以PEG10蛋白质为核心,通过设计PEG10来选择性地包装和递送其他RNA。研究利用SEND将CRISPR-Cas9基因编辑系统递送给小鼠细胞和人类细胞,实现了靶基因的编辑。


(图片来源:McGovern Institute) SEND系统

“这就是如此令人兴奋的地方。这项研究表明,人体中可能还有其他 RNA 转移系统也可用于治疗目的。”该文的第一作者Michael Segel说道,“它还提出了一些非常有趣的问题,即这些蛋白质的自然作用可能是什么。”

目前来看,SEND系统作为传递RNA的有效工具,至少有两个优势,其一,SEND系统使用的是人体细胞蛋白,消除了不良免疫反应的风险;其二,可以通过靶向特定的细胞类型的工程融合素(engineered fusogens)来增强SEND系统,这种工程融合素的目的在于可以给需要治疗的细胞带来特定RNA,进而的降低了风险。

接下来,研究团队将在动物身上测试SEND系统,并通过进一步的设计将特定的物质运送到各种组织以及细胞中,以及对SEND系统在人体中的多样性进行探索。让我们对张锋团队接下来的成果拭目以待吧。

综上,新的递送平台在细胞模型中是有效的,并且随着进一步的发展,将为分子药物开辟一类新的递送方式,包括用于基因编辑和基因替换时递送编辑系统。SEND 系统有望克服传统递送系统带来的不良免疫以及整合的风险,这可能为基因治疗开辟新的机遇。

参考资料:

1、https://www.nature.com/articles/d41586-020-00655-8

2、CRISPR-Cas9 In Vivo Gene Editing for Transthyretin Amyloidosis. The New England Journal of Medicine, DOI: 10.1056/NEJMoa2107454

3、https://science.sciencemag.org/content/373/6557/882

本文由作者自行上传,并且作者对本文图文涉及知识产权负全部责任。如有侵权请及时联系(邮箱:nanxingjun@hmkx.cn
关键词:
RNA,基因组,张锋,转移系统

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