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概念验证研究推进了基因治疗的潜在新途径 - 生物通
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概念验证研究推进了基因治疗的潜在新途径
字体： 大 中 小 时间：2022年10月31日 来源：Nature Communications
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约翰霍普金斯医学院的研究人员说，他们已经成功地利用细胞制造蛋白质的自然过程，将遗传指令“滑入”细胞，并产生细胞中缺失的关键蛋白质。
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图像:大鼠海马神经元培养中兴奋/抑制性神经元报告细胞成像。 ? ?
约翰霍普金斯医学院的研究人员说，他们已经成功地利用细胞制造蛋白质的自然过程，将遗传指令“滑入”细胞，并产生细胞中缺失的关键蛋白质。如果进一步的研究证实了他们的概念验证结果，科学家们可能会有一种新的方法，针对各种可以用基因疗法治疗的疾病的特定细胞类型。这类疾病包括影响大脑的神经退行性疾病，包括阿尔茨海默病、各种形式的失明和一些癌症。
索尔?斯奈德神经科学系神经科学教授、约翰?霍普金斯大学医学院细胞工程研究所成员赛斯?布莱克肖博士说，对于那些希望开发治疗细胞缺乏特定蛋白质的疾病的方法的人来说，关键是要精确地瞄准每个结构中导致疾病的细胞，比如大脑，以安全地启动特定基因的蛋白质制造过程。他补充说，不能精确靶向病变细胞的疗法可能会对其他健康细胞产生意想不到的影响。
目前有两种将蛋白质制造包递送到细胞的方法，在动物模型和人身上的效果差别很大。Blackshaw说:“我们想开发一种基因表达传递工具，它在临床前和临床模型中都广泛有用。”
目前一种发送生化包裹的方法涉及到所谓的“迷你启动子”，它可以指导DNA某些片段的表达或蛋白质制造过程。布莱克肖说，这种方法经常不能在正确的细胞类型中表达基因。
另一种方法被称为血清型介导的基因表达，它涉及到传递工具，这些工具可以锁住附着在某些类型细胞表面的蛋白质。然而，布莱克肖说，这种方法只针对一种类型的细胞的能力是偶然的，即使在动物模型上测试成功后，它们也经常在人身上失败。
10月1日发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上的这项证实原理的研究源于约翰霍普金斯大学病理学助理教授Jonathan Ling博士之前的研究，他发表了“地图”，描述了各种类型的细胞如何使用信使RNA (DNA的近亲)的替代剪接来构建遗传模板，从而在细胞中产生一组不断变化的蛋白质。这些变化取决于细胞的类型和位置。细胞通常使用替代剪接来改变细胞可以制造的蛋白质类型。
凌的地图绘制了细胞切掉内含子(信使RNA的外显子)，只留下基因物质中真正表达或制造蛋白质的信息部分(外显子)的模式。
然而，内含子通常非常大――有时有数百万个碱基对，而且太大，无法在目前可用的基因表达传递系统中封装。凌发现，大约20%的可选剪接模式包含内含子DNA片段，小到可以打包到布莱克肖想要测试的基因表达传递系统中。
幸运的是，就其目的而言，备选的剪接模式在小鼠和人类DNA中都是相似的，因此有可能适用于临床前研究和临床应用。
布莱克肖和凌与当时的博士后阿列克谢?拜格雷夫(Alexei Bygrave)一起，制作了可通过良性病毒传递到细胞内的剪切信使RNA包。拜格雷夫现在是塔夫茨大学的助理教授。他们将这些包装命名为“sledge”，用于拼接链接表达设计。
当包裹滑入牢房时，它会在那里打开。由于sledge系统没有自然地融入基因组，研究团队添加了基因“启动子”，以激发包装好的sledge产品中蛋白质的生产。
约翰?霍普金斯医学院的研究人员为实验室培养的兴奋性神经元和光感受器构建了SLED系统，并能够在大约一半的时间内只在这些细胞类型中产生蛋白质。目前的小型启动子系统通常在5%的时间内将蛋白质放在正确的位置。
研究小组还向视网膜上缺乏PRPH2基因的光感受器小鼠注射了SLED包。PRPH2基因会导致视网膜色素变性，一种影响视网膜的疾病。研究小组发现证据表明，SLED包有助于在受治疗小鼠的光感受器中产生PRPH2蛋白。
在实验室培养的人眼黑素瘤中，科学家们只将SLED包注入缺乏SF3B1基因的黑素瘤细胞。sledge包释放了产生rna的蛋白质，使黑色素瘤细胞死亡。
Blackshaw说，sledge系统的最大潜力可能是与其他基因传递系统结合，他的实验室正在研究将内含子小型化的方法，以便在sledge系统中容纳更大尺寸的内含子。
Blackshaw和Ling已经申请了涉及到SLED技术的专利。
该研究由美国国立卫生研究院(RF1MH123237, R24EY027283, K08EY027093, R01EY033103, 2T32EY007143)，预防失明研究斯坦因创新奖，威尔默眼科研究所，国家科学基金会，约翰霍普金斯大学Kavli NDI奖学金和约翰霍普金斯大学IDIES种子基金资助。
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