麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的研究人员改进了一种基因编辑技术，该技术现在可以有效地插入或替换人体细胞基因组中的整个基因，有可能使其适用于治疗用途。这项进展来自布罗德核心研究所成员大卫-刘（David Liu）的实验室，有朝一日能帮助研究人员开发出一种单一的基因疗法，用于治疗囊性纤维化等由数百或数千个不同基因突变之一引起的疾病。
使用这种新方法，他们将在基因组的原生位置插入一个健康的基因拷贝，而不必使用其他基因编辑方法进行较小的编辑，创建不同的基因疗法来纠正每一个突变。
这种新方法结合使用了素编辑和新开发的重组酶，前者可以直接进行大约 100 或 200 个碱基对的大范围编辑，后者可以在基因组的特定位点高效插入数千个碱基对长度的大段DNA。这种名为eePASSIGE的系统进行基因大小编辑的效率是其他类似方法的数倍，相关报道发表在《自然-生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering）上。
"据我们所知，这是哺乳动物细胞中可编程靶向基因整合的首个实例之一，符合潜在治疗相关性的主要标准，"该研究的资深作者、理查德-默金教授兼布罗德大学默金医疗保健变革技术研究所所长、哈佛大学教授、霍华德-休斯医学研究所研究员刘说。"如果我们在培养人体细胞中观察到的效率能够转化到临床环境中，我们预计在这些效率下，即使不是大多数功能缺失性遗传疾病，许多疾病也可以得到改善或挽救。"
研究生斯姆里蒂-潘迪（Smriti Pandey）和博士后研究员丹尼尔-高（Daniel Gao）都是这项研究的共同第一作者，他们还与明尼苏达大学马克-奥斯本（Mark Osborn）研究小组和贝斯以色列女执事医疗中心埃利奥特-柴科夫（Elliot Chaikof）研究小组合作完成了这项研究。
潘迪说："这一系统为细胞疗法提供了大有可为的机会，它可用于将基因精确植入体外细胞，然后再给病人注射，以治疗疾病等。eePASSIGE的高效率和多功能性令人兴奋，它可以催生一类新的基因组药物。我们也希望它能成为整个研究界的科学家们用来研究基础生物学问题的工具。"
许多科学家已经利用基因素材编辑技术有效地改变了DNA，这些改变的长度可达几十个碱基对，足以纠正绝大多数已知的致病突变。但是，在基因组的原生位置引入整个健康基因（通常长达数千个碱基对）一直是基因编辑领域的长期目标。这不仅有可能治疗许多患者，而不管他们的致病基因发生了哪种突变，而且还能保留周围的 DNA 序列，从而增加新安装的基因被适当调控的可能性，而不是表达过多、过少或在错误的时间表达。
2021 年，刘的实验室报告了向这一目标迈出的关键一步，他们开发出了一种名为twinPE的素体编辑方法，在基因组中安装重组酶"着陆点"，然后利用 Bxb1 等天然重组酶催化新 DNA 插入素体编辑的目标位点。
很快，刘与他人共同创办的生物技术公司Prime Medicine就开始利用这项被称为PASSIGE（prime-editing-assisted site-specific integrase gene editing）的技术来开发遗传疾病的治疗方法。
PASSIGE只在一小部分细胞中进行编辑，这足以治疗某些遗传疾病，但可能无法治疗大多数因功能基因缺失而导致的遗传疾病。因此，在今天报告的新工作中，刘的团队着手提高PASSIGE的编辑效率。他们发现，重组酶Bxb1是限制PASSIGE效率的罪魁祸首。随后，他们利用研究小组之前开发的一种名为PACE（噬菌体辅助持续进化）的工具，在实验室中快速进化出了更高效的Bxb1版本。
由此产生的新进化和工程化Bxb1变体（eeBxb1）改进了eePASSIGE方法，平均可整合小鼠和人类细胞中30%的基因大小的载荷，是原始技术的4倍，是最近发表的另一种名为PASTE的方法的16倍。
刘说："eePASSIGE系统为研究在遗传病细胞和动物模型中我们选择的位点整合健康基因拷贝以治疗功能缺失性疾病提供了一个很好的基础。我们希望这个系统将被证明是实现靶向基因整合为患者带来益处的重要一步。"
有鉴于此，Liu 的团队目前正致力于将 eePASSIGE 与工程病毒样颗粒（eVLPs）等递送系统结合起来，以克服传统上限制基因编辑器在体内进行治疗递送的障碍。
编译来源：ScitechDaily