David Liu团队提出PERT战略,为无义骤变遗传病供给一致医治计划,经过按捺性tRNA修正蛋白质中止信号。
在传统基因医治形式中,每种骤变常常要规划一套独立的修改计划。这不只本钱高、周期长,也让稀有病患者难以获益。PERT 的方针便是打破这一约束。
无义骤变(Nonsense Mutation)会把本应编码氨基酸的暗码子变成中止暗码子,因而导致蛋白质提早结束。这一类骤变占ClinVar数据库(NCBI录入已知致病基因变异及其科学依据的数据库)一切致病骤变的约 24%,但分布在许多不同基因中,因而难以用一种东西一致处理。
要了解 PERT,先从细胞造蛋白的方法说起:mRNA 就像蛋白质的阐明书,而 tRNA 是转移氨基酸的小辅佐,把阐明书上的指令变成完好蛋白。阐明书里有三个特定的中止信号--UAA、UAG 和 UGA,当 tRNA 读到这些暗码子时,蛋白就中止组成。无义骤变的问题就在于这些中止信号呈现在阐明书中心,导致蛋白质提早收工,无法正常发挥作用。
研讨团队规划出一种按捺性 tRNA,当遇到过错的中止信号时,它不会停下来,而是持续加上一个氨基酸,让蛋白质顺畅延续下去。随后,运用 prime editing 将这种 tRNA 安稳地植入细胞基因组,使细胞长时间表达这种会疏忽过错的 tRNA。
PERT的中心主意并不是修正骤变,而是让细胞在遇到无义骤变时能够持续正常组成蛋白质。已然各个疾病的一起问题是过错中止信号,那就直接让细胞疏忽这个过错。
尽管不同疾病触及的基因各不相同,但它们有一个一起问题:都呈现了无义骤变,也便是蛋白质组成被提早中止。PERT 正是针对这个共性问题,所以理论上,只要是这种类型的骤变,都能够用同一种方法处理,让蛋白质顺畅组成。
为了寻觅最优 sup-tRNA 变体,研讨团队对 tRNA 基因进行饱满骤变,评价多种可被 Prime Editing 拜访的变异组合。经过构建不同抗反响区域骤变组合,团队筛选出多种具有高 readthrough 功率的工程化 sup-tRNA,蛋白产值相对野生型可达 35%以上,为不同无义骤变供给根底东西。
装置 sup-tRNA 后,蛋白或酶活康复 17%-70%,部分 NPC1 模型的全长蛋白表达也得到部分康复。大部分 mRNA 在无义骤变方位得以安稳,阐明 PERT 能够有用战胜NMD (Nonsense-Mediated Decay,无义骤变介导的 mRNA 降解)对转录本的影响。
为了查验 PERT 的实际作用,研讨团队在几种由无义骤变引起的遗传病细胞模型中进行了测验,这中心还包含 Batten 病、Tay-Sachs 病和 Niemann-Pick C1 型病。在六个 HEK293T 疾病模型中装置工程化 sup-tRNA 后,修改功率到达 56%-84%,终究能够康复 TPP1、HEXA、NPC1 蛋白或酶活,并到达甚至有超越已知的医治阈值。
在 in vivo 试验中,团队运用 AAV9将 Prime Editing 体系和 sup-tRNA 引进重生小鼠脑内。经过 GFP 陈述体系评价 readthrough 功率,承受修改的细胞中 GFP 蛋白相对产值到达 24%-26%,证明装置的 sup-tRNA 在动物体内能够生成功用性蛋白。随后,在 Hurler 综合征(MPS-I,小鼠 IduaW392X 模型)试验中,PERT 在受损安排中康复约 6% 的 IDUA(α-L-iduronidase,溶酶体酶)酶活,病理体现简直消失。脑、肝、脾及心脏安排的病理剖析显现,未处理小鼠的泡沫细胞累积、Purkinje 细胞空泡化及 GAG(glycosaminoglycan,糖胺聚糖)沉积在 PERT 处理组中得到显着改进或消失,标明部分蛋白功用康复即可带来显着医治作用。
总的来看,PERT 经过将内源性 tRNA 基因转化为 sup-tRNA,完成了一套修改战略掩盖多种无义骤变相关疾病,结合 prime editing 的一次性持久性,展现出跨疾病、潜在一次医治,多病获益的优势。细胞和动物模型试验均显现 PERT 可康复功用性蛋白或酶活,一起未发现显着毒性或脱靶效应,为将来临床使用奠定了根底。
未来,PERT可与安排特异性病毒或纳米颗粒载体结合,完成针对不一样器官的精准医治,或与小分子药物联合,进步 readthrough 功率,为更多遗传病患者供给新的医治期望。