A inserção completa de genes agora é possível em células humanas

A tecnologia de edição genética usa editores de primers junto com enzimas avançadas conhecidas como recombinases. Esta abordagem tem o potencial de levar a terapias genéticas universais que sejam eficazes para condições como a fibrose cística.

Pesquisadores do Broad Institute do MIT e da Universidade de Harvard possuem tecnologia avançada de edição de genes que agora pode inserir ou substituir genes inteiros com eficiência nos genomas das células humanas, tornando-as adequadas para usos terapêuticos.

Este avanço, feito pelo laboratório de David Liu, membro do Broadcore Institute, poderá um dia ajudar os pesquisadores a desenvolver uma terapia genética única para doenças como a fibrose cística, que são causadas por uma das centenas ou milhares de mutações diferentes no gene. Usando esta nova abordagem, eles serão capazes de inserir uma cópia saudável de um gene em sua localização original no genoma, em vez de ter que criar uma terapia genética diferente para corrigir cada mutação usando outras abordagens de edição genética que fazem modificações menores.

O novo método usa uma combinação de edição primária, que pode fazer diretamente uma ampla gama de modificações de até cerca de 100 ou 200 pares de bases, e enzimas de recombinação recentemente desenvolvidas que inserem com eficiência grandes pedaços de células. ADN Milhares de pares de bases de comprimento em locais específicos do genoma. Este sistema, denominado eePASSIGE, pode realizar edições do tamanho de genes várias vezes mais eficientemente do que outros métodos semelhantes, e é relatado em Natureza da engenharia biomédica.

“Até onde sabemos, este é um dos primeiros exemplos de integração genética direcionada programável em células de mamíferos que atende aos principais critérios de potencial significado terapêutico”, disse Liu, principal autor do estudo, professor Richard Mirkin e diretor do Centro de Pesquisa da UCLA. . Mirkin Professor de Tecnologias Transformativas em Saúde na Broad, é professor da Universidade de Harvard e investigador do Howard Hughes Medical Institute. “Dadas estas eficiências, prevemos que muitas, se não a maioria, das doenças genéticas com perda de função poderiam ser melhoradas ou resgatadas, se as eficiências que observamos em células humanas cultivadas puderem ser traduzidas no ambiente clínico.”

O estudante de pós-graduação Smriti Pandey e o pesquisador de pós-doutorado Daniel Zhao, ambos do grupo de Liu, foram coautores do estudo, que também foi uma colaboração com o grupo de Mark Osborne na Universidade de Minnesota e o grupo de Eliot Chekov no Beth Israel Deaconess Medical Center.

“Este sistema oferece oportunidades promissoras para terapias celulares, pois pode ser usado para introduzir genes com precisão em células fora do corpo antes de entregá-los aos pacientes para tratar doenças, entre outras aplicações”, disse Pandey.

“É emocionante ver a alta eficiência e versatilidade do eePASSIGE, que poderia permitir uma nova classe de medicamentos genômicos”, acrescentou Gao. “Também esperamos que seja uma ferramenta que cientistas de toda a comunidade científica possam usar para estudar questões biológicas fundamentais.”

Principais melhorias

Muitos cientistas usaram a edição principal para estabilizar eficientemente alterações no DNA de até dezenas de pares de bases de comprimento, o que é suficiente para corrigir a grande maioria das mutações causadoras de doenças conhecidas. Mas inserir genes intactos inteiros, muitas vezes com milhares de pares de bases, em sua localização original no genoma tem sido um objetivo de longa data na edição de genes. Isto não só poderia curar muitos pacientes, independentemente da mutação que tenham no gene causador da doença, mas também preservaria a sequência de ADN circundante, tornando mais provável que o gene recém-descoberto fosse devidamente regulado, em vez de sobre-expresso. Ou muito pouco, ou na hora errada.

Em 2021, o laboratório de Liu relatou um grande passo em direção a esse objetivo e desenvolveu uma abordagem de edição chave chamada TwinPE, que instalou “locais de aterrissagem” recombinantes no genoma e, em seguida, usou enzimas recombinantes naturais, como Bxb1, para catalisar a inserção de novo DNA no primário. célula. Sites de destino editados.

Logo, a empresa de biotecnologia Prime Medicine, cofundada por Liu, começou a usar a tecnologia, que eles chamaram de PASSIGE (edição genética integrativa específica do local assistida por primer), para desenvolver tratamentos para doenças genéticas.

PASSIGE instala as modificações em apenas uma fração das células, o suficiente para tratar algumas, mas talvez não a maioria, das doenças genéticas que resultam da perda de um gene funcional. Assim, no novo trabalho relatado hoje, a equipe de Liu decidiu melhorar a eficiência de edição do PASSIGE. Eles descobriram que a enzima recombinante Bxb1 foi a razão para a redução na eficiência do PASSIGE. Eles então usaram uma ferramenta desenvolvida anteriormente pelo grupo de Liu chamada um passo (evolução contínua assistida por fagos) para desenvolver rapidamente versões mais eficientes de Bxb1 em laboratório.

Uma variante Bxb1 recentemente desenvolvida e projetada (eeBxb1) melhorou o método eePASSIGE para incorporar uma média de 30% mais carga do tamanho do gene em células humanas e de camundongos, quatro vezes mais do que a tecnologia original e cerca de 16 vezes mais do que outro método publicado recentemente. chamada emenda.

“O sistema eePASSIGE fornece uma base promissora para estudos que integram transcrições genéticas intactas em nossos loci escolhidos em modelos celulares e animais de doenças genéticas para tratar distúrbios de perda de função”, disse Liu. “Esperamos que este sistema seja um passo importante para trazer os benefícios da integração genética direcionada aos pacientes.”

Com esse objetivo em mente, a equipe de Liu está agora trabalhando para combinar o eePASSIGE com sistemas de entrega como Partículas semelhantes a vírus (eVLPs) que podem superar Obstáculos O que tradicionalmente limitou a entrega terapêutica de editores de genes ao corpo.

Referência: “Integração eficiente específica do local de grandes genes em células de mamíferos através de recombinação em constante evolução e processos de edição de primers” por Smriti Pandey, Shane D. Gao, Nicholas A. Krasnow, Amber McElroy, Y. AllenTaoJordyn E. Dobie, Benjamim J. Steinbeck, JuliaMcCreary, Sarah E. Pierce, Jacob Tollar, Torsten B. Meissner, Elliot L. Chekhov, Mark J. Osborne e David R. Leão, 10 de junho de 2024, Natureza da engenharia biomédica.
doi: 10.1038/s41551-024-01227-1

Este trabalho foi apoiado em parte por Instituto Nacional de SaúdeA Fundação Bill & Melinda Gates e o Instituto Médico Howard Hughes.