Исследователи создали систему доставки prime editing in vivo, частично восстановив зрение у мышей
Prime editing — универсальная форма редактирования генов, способная исправить большинство известных болезнетворных мутаций, — теперь получила новый инструмент для доставки своего аппарата в клетки живых организмов.
Команда исследователей из Broad Institute of MIT и Harvard сконструировала вирусоподобные частицы (virus-like particles, VLPs) для доставки prime editors в клетки мышей с эффективностью, достаточной для коррекции генетического нарушения. В новой работе, опубликованной в Nature Biotechnology, команда адаптировала инженерные вирусоподобные частицы (engineered VLPs, eVLPs), ранее созданные для переноса базовых редакторов (base editors) — другого типа прецизионного редактора, вносящего однонуклеотидные изменения в ДНК.
Исследователи описывают, как они заново сконструировали как сами eVLPs, так и части белково-РНК аппарата prime editing, чтобы повысить эффективность редактирования в человеческих клетках до 170 раз по сравнению с предыдущими eVLPs для базовых редакторов.
Команда использовала новую систему для коррекции болезнетворных мутаций в глазах двух мышиных моделей генетической слепоты, частично восстановив их зрение. Они также доставили prime editors в мозг мышей и не обнаружили никакого нецелевого редактирования (off-target editing).
Проблема доставки
Prime editing, описанный в 2019 году группой Дэвида Лю, может вносить более масштабные и разнообразные изменения в ДНК, чем другие типы редактирования. Однако доставка сложного аппарата редактирования в клетки живых организмов была сложной задачей.
Система prime editing состоит из трех компонентов: белка Cas9, способного надрезать ДНК; направляющей РНК (prime editing guide RNA, pegRNA), которая определяет место редактирования и содержит новую отредактированную последовательность; и обратной транскриптазы, которая использует pegRNA как шаблон для внесения изменений в ДНК.
«Мы изначально надеялись, что сможем просто взять eVLPs, которые мы кропотливо разработали и оптимизировали для базового редактирования, и применить их для prime editing», — сказал Мейруи Ань, первый автор статьи. «Но когда мы попробовали, то не наблюдали практически никакого редактирования».
Прорывы в устранении узких мест
В новой работе исследователи значительно переработали как белки eVLPs, так и сам аппарат prime editing, чтобы повысить эффективность как системы доставки, так и редактирования. Они улучшили упаковку груза prime editing в eVLPs, его высвобождение из частицы и доставку в ядра клеток-мишеней.
«Груз prime editor должен быть эффективно упакован в eVLPs при формировании частиц, но также должен эффективно высвобождаться из частиц после попадания в клетку-мишень», — пояснил соавтор исследования Адитья Рагурам.
Хотя каждое отдельное улучшение давало небольшой прирост эффективности, вместе изменения привели к гораздо большему эффекту.
«Когда мы объединили все вместе, мы увидели улучшение примерно в 100 раз по сравнению с исходными eVLPs», — сказал Дэвид Лю, старший автор исследования.
Тесты in vivo
Лю и его коллеги в сотрудничестве с Кшиштофом Пальчевским из Калифорнийского университета в Ирвайне сначала протестировали систему на мышах для коррекции двух разных генетических мутаций в глазах:
- Мутация в гене Mfrp, вызывающая пигментный ретинит, приводящий к прогрессирующей дегенерации сетчатки.
- Мутация в гене Rpe65, связанная со слепотой при болезни Лебера (Leber congenital amaurosis, LCA) у людей.
В обоих случаях eVLPs скорректировали мутацию в до 20% клеток сетчатки животных, частично восстановив их зрение.
Исследовательская группа также показала, что eVLPs, нагруженные аппаратом prime editing, могут эффективно редактировать гены в мозге живых мышей. Около половины всех клеток в коре головного мозга, получивших редактор, показали редактирование гена.
«Сообщество редактирования генов в целом согласно, что в будущем аппарат для редактирования генов в конечном итоге должен доставляться в виде белков, чтобы минимизировать потенциальные побочные эффекты, и мы теперь показали эффективный способ сделать это», — сказал Лю.