用于修复遗传性肾病的常见遗传原因的新型 DNA 修复工具

发布时间：2022-08-22 11:16:02作者：辉骏生物-fitgene

使用可能改变游戏规则的 DNA 修复套件，已在患者衍生的肾细胞中修复了导致影响儿童和年轻人的衰弱性遗传性肾病的基因突变。布里斯托大学科学家开发的进展发表在《Nucleic Acids Research》上。

在这项新研究中，国际团队描述了他们如何创建 DNA 修复工具来从基因上修复有缺陷的 podocin，这是可遗传的类固醇抗性肾病综合征 (SRNS) 的常见遗传原因。

Podocin 是一种通常位于特化肾细胞表面的蛋白质，对肾功能至关重要。然而，有缺陷的 podocin 仍然卡在细胞内，永远不会到达表面，最终会损坏足细胞。由于该疾病无法通过药物治愈，因此修复导致错误podocin的基因突变的基因疗法为患者提供了希望。

通常，人类病毒已被用于基因治疗应用以进行基因修复。这些被用作“特洛伊木马”进入携带错误的单元格。目前占主导地位的系统包括慢病毒 (LV)、腺病毒 (AV) 和腺相关病毒 (AAV)，它们都是容易感染人类的相对无害的病毒。然而，这些病毒都有相同的限制，因为它们在病毒外壳内的空间受到限制。这反过来又限制了它们可以运送的货物量，即有效基因修复所需的 DNA 试剂盒，这大大限制了它们在基因治疗中的应用范围。

通过应用合成生物学技术，由布里斯托尔生物化学学院的 Francesco Aulicino 博士和 Imre Berger 教授领导的团队重新设计了杆状病毒，这是一种用于人类的无害昆虫病毒，不再受货物容量的限制。

“将杆状病毒与 LV、AV 和 AAV 区分开来的是缺乏包裹货物空间的刚性外壳。” 领导这项研究的 Francesco Aulicino 博士说。杆状病毒的外壳就像一根空心棒——随着货物的增加，它只会变得更长。这意味着杆状病毒可以提供更复杂的工具包来修复遗传缺陷，使其比常用系统更通用。

首先，杆状病毒必须具备穿透人体细胞的能力，这是它通常无法穿透的。 “我们用蛋白质修饰了杆状病毒，使其能够非常有效地进入人体细胞。” Aulicino 博士解释说。这种改良的杆状病毒被认为是安全的，因为它只能在昆虫中繁殖，而不能在人体细胞中繁殖。然后，科学家们使用他们的工程杆状病毒来传递比以前更大的 DNA 片段，并将这些片段构建到整个人类细胞的基因组中。

人类基因组中的 DNA 包含 30 亿个碱基对，构成约 25.000 个基因，这些基因编码对细胞功能至关重要的蛋白质。如果我们的基因中出现错误的碱基对，就会产生错误的蛋白质，这会使我们生病，从而导致遗传性疾病。通过纠正我们基因组中的此类错误，基因疗法有望从根本上修复遗传性疾病。基因编辑方法，尤其是基于 CRISPR/Cas 的方法，通过实现具有碱基对精度的基因修复，极大地推动了该领域的发展。

该团队使用来自患者的足细胞携带基因组中的致病错误来证明他们的技术能力。通过创建一个 DNA 修复试剂盒，包括基于蛋白质的剪刀和引导它们的核酸分子 - 以及替换有缺陷基因的 DNA 序列，该团队使用单一工程杆状病毒交付了与 CRISPR 相伴的 podocin 基因的健康副本/Cas 机器以碱基对精度将其插入基因组。这能够逆转致病表型并将 podocin 恢复到细胞表面。

这种由 Berger 实验室开发的称为 MultiBac 的方法在世界各地的实验室中非常成功地制备了具有许多亚基的非常大的多蛋白复合物。 “MultiBac 已经利用杆状病毒外壳的灵活性将大片 DNA 输送到培养的昆虫细胞中，指导它们组装我们感兴趣的蛋白质。” 当科学家们意识到相同的特性可能会改变人类细胞中的基因治疗时，他们开始努力创建他们出版物中描述的新系统。

Aulicino 博士补充说：“有很多途径可以利用我们的系统。除了修复 podocin 之外，我们还可以证明，通过使用我们的单一杆状病毒递送系统和最新的可用的编辑技术。”“SRNS 是影响肾脏的更常见的遗传疾病之一，”布里斯托尔肾病中心遗传性肾脏疾病基因治疗的领先专家 Moin Saleem 教授说。 “SRNS 的特点是早期肾功能衰竭，导致受影响者的生活质量严重下降。”

Bristol Renal 肾脏细胞生物学教授 Gavin Welsh 教授总结道：“这些结果非常令人鼓舞。Berger 团队开创的这种新方法不仅对 SRNS，而且对一系列其他肾脏遗传疾病都有希望， “目前技术无法实现有效的基因修复。为临床应用实施新的载体系统还有很长的路要走，但我们相信所提供的优势使这是一项非常值得的事业。”

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