Naukowcy z laboratorium doktora Davida Liu z Broad Institute na MIT i Harvardzie (oraz Howarda Hughesa Medical Institute, HHMI) opracowali ulepszoną wersję technologii edycji pierwotnej, która może skutecznie wstawiać lub zastępować całe geny (lub DNA o wielkości genu segmenty) w komórkach ludzkich.

Szczegóły metody opublikowano dzisiaj w Natura Inżynieria Biomedyczna w raporcie zatytułowanym „Efektywna, specyficzna dla miejsca integracja dużych genów w komórkach ssaków poprzez stale ewoluujące rekombinazy i główny montaż”. Liu przedstawił najważniejsze momenty pracy w: a wykład plenarny w zeszłym miesiącu na konferencji Amerykańskiego Towarzystwa Terapii Genowych i Komórkowych w Baltimore, a także z zeszłego tygodnia „Stan CRISPR i edycji genów” wirtualny szczyt, którego gospodarzem jest GEN.

Nowa metoda o nazwie eePASSIGE łączy edycję prime i nowe enzymy rekombinazy, które skutecznie wstawiają sekwencje DNA o długości tysięcy par zasad w określonych miejscach genomu. Według laboratorium Liu system dokonuje edycji wielkości genów kilka razy wydajniej niż podobne metody. Technologia ta ma ważne implikacje dla zastosowań terapeutycznych najlepszego montażu. Niewykluczone, że można by go zastosować do zaprojektowania terapii jednogenowej w leczeniu chorób takich jak mukowiscydoza czy choroba Stargardta, które mogą wynikać z jednej z setek różnych mutacji w tym samym genie, poprzez proste zastąpienie zmutowanego genu zdrową kopią.

„Według naszej wiedzy jest to jeden z pierwszych przykładów programowalnej, ukierunkowanej integracji genów w komórkach ssaków, który spełnia główne kryteria potencjalnego znaczenia terapeutycznego” – powiedział Liu, starszy autor badania i dyrektor Instytutu Technologii Transformacyjnych Merkin w Służbie Zdrowia przy Szeroki, profesor na Uniwersytecie Harvarda i badacz HHMI. „Przy takiej wydajności spodziewamy się, że wiele, jeśli nie większość chorób genetycznych powodujących utratę funkcji, można będzie złagodzić lub uratować, jeśli skuteczność obserwowaną w hodowanych komórkach ludzkich można przełożyć na warunki kliniczne”.

Laboratorium Liu było pionierem w zakresie edycji pierwotnej, wydając przełomowy raport w 2019 r. Następnie doniesiono o opracowaniu w 2021 r. twinPE, podejścia do edycji, które instaluje „miejsca lądowania” rekombinazy w genomie, a następnie wykorzystuje naturalne enzymy rekombinazy, takie jak Bxb1, do katalizowania wstawienia nowego DNA do miejsca docelowe. Technologia została skomercjalizowana przez Prime Medicine, firmę współzałożoną przez Liu, pod pseudonimem PASSIGE, polegająca na edycji genów integrazy specyficznej dla miejsca (prime-editing-assisted site-specific integrase). Jego zdolność do edycji części komórek wystarczy do leczenia niektórych chorób genetycznych, ale prawdopodobnie nie większości chorób genetycznych związanych z utratą funkcji genów.

Ulepszona wersja, eePASSIGE, opiera się na możliwościach swojego poprzednika, wykorzystując bardziej wydajną wersję enzymu rekombinazy Bxb1, który okazuje się czynnikiem ograniczającym system PASSIGE. Dlatego Liu i jego koledzy sięgnęli po narzędzie zwane ciągłą ewolucją wspomaganą fagami (PACE) – opracowane w laboratorium Liu ponad dziesięć lat temu – aby opracować w laboratorium bardziej wydajne warianty Bxb1.

Wykorzystując jeden z tych wariantów, eeBxb1, w ramach projektu eePASSIGE udało się zintegrować średnio 30 procent ładunku wielkości genu w komórkach myszy i człowieka. To cztery razy więcej ładunku niż PASSIGE i 16 razy więcej niż podobną metodę zwaną PASTEopracowane przez dr Omara Abudayyeha, dr Jonathana Gootenberga i współpracowników.

„To ekscytujące widzieć wysoką skuteczność i wszechstronność eePASSIGE, która może umożliwić stworzenie nowej kategorii leków genomowych” – powiedział David Gao, badacz ze stopniem doktora w laboratorium Liu i współautor nowego artykułu. „Mamy również nadzieję, że będzie to narzędzie, którego naukowcy z całej społeczności badawczej będą mogli używać do badania podstawowych zagadnień biologicznych”.

W rzeczywistości zespół Liu już podejmuje kroki w kierunku zastosowań terapeutycznych. Na przykład próbuje połączyć eePASSIGE z systemami dostarczania, takimi jak zmodyfikowane cząstki wirusopodobne. „System eePASSIGE stanowi obiecującą podstawę do badań nad integracją zdrowych kopii genów w wybranych przez nas miejscach w komórkowych i zwierzęcych modelach chorób genetycznych w celu leczenia zaburzeń związanych z utratą funkcji” – powiedział Liu. „Mamy nadzieję, że ten system okaże się ważnym krokiem w kierunku wykorzystania korzyści dla pacjentów z ukierunkowanej integracji genów”.