|来源:Bioworld|
近年来CRISPR基因编辑技术得到了快速的发展,但大部分CRISPR工具尺寸较大,如Cas9、Cas12蛋白尺寸通常超过1000个氨基酸,限制了在体内基因编辑治疗方面的应用。最近研究表明Cas12家族的祖先蛋白TnpB核酸酶具有最小的蛋白尺寸。然而,微型TnpB核酸酶在动物体内的活性和治疗潜力尚待研究。
2024年1月27日,临港实验室、上海脑科学与类脑研究中心胥春龙团队联合辉大基因周英思团队、新加坡国立大学胡纯一团队,在Nature Communications期刊上发表了题为:Engineering a transposon-associated TnpB-ωRNA system for efficient gene editing and phenotypic correction of a tyrosinaemia mouse model 的研究论文。
该研究通过工程化改造优化了TnpB-ωRNA基因编辑工具,并证明了其能够在小鼠模型中进行高效的体内编辑,而且通过单个腺相关病毒(AAV)向肝脏递送改造后的TnpB-ωRNA,成功实现了对小鼠模型中酪氨酸血症的治疗,预示微型TnpB编辑工具在疾病基因编辑治疗方面的巨大潜力。
研究团队通过设计高效的报告系统,对TnpB的ωRNA进行了多轮工程化改造,获得了序列较短且高活性的ωRNA变体——**ωRNA**。为了探究TnpB-ωRNA在小鼠细胞和组织中的活性,研究团队针对小鼠基因的数个位点设计了gRNA,发现 TnpB-ωRNA*具有最佳的编辑效率,并且其在小鼠胚胎中也表现出良好的编辑效果,同时也成功制备了杜氏肌营养不良症的模型小鼠。
研究团队进一步验证了单个AAV递送TnpB-ωRNA在成年小鼠中治疗疾病的可行性,使用I型酪氨酸血症(HTI)小鼠模型,这是一种由Fah基因功能缺失突变引起的致命代谢性疾病模型。过去的研究表明,该疾病可以通过编辑Hpd基因进行治疗。研究团队设计靶向Hpd基因的AAV-TnpB-ωRNA载体对疾病小鼠进行治疗。结果显示,对照组小鼠在65天内全部因为肝损伤死亡,而AAV- TnpB-ωRNA治疗可以挽救模型小鼠的死亡,并且治疗组小鼠在整个观察期内表现出体重的稳定增长,而对照组小鼠的体重则不断减轻直至死亡。此外,与对照组小鼠肝脏相比,治疗组小鼠的肝脏中发现了高水平Hpd基因编辑效率,其肝切片免疫染色和western blot也显示Hpd表达水平显著降低。同时,H&E染色与肝脏相关代谢生物标志物检测结果表明,HT1小鼠在接受AAV- TnpB-ωRNA治疗后,其功能失调的酪氨酸代谢也得到了显著改善。
TnpB-ωRNA基因编辑系统的改造与应用
为了证明TnpB-ωRNA在更多疾病干预中的广泛应用前景,研究团队利用其他基因靶点进行了测试,例如对治疗遗传性血管性水肿(HAE)有效的Klkb1基因靶点。小鼠实验结果证明,AAV-TnpB-ωRNA对Klkb1基因也显示出较好的成体编辑效率。
最后,研究团队使用PEM-seq技术对TnpB-ωRNA基因编辑细胞进行了全基因组脱靶分析, 未检测到TnpB-ωRNA介导的脱靶编辑事件,说明TnpB-ωRNA具有较好的基因编辑安全性。
总的来说,该研究首次展示了工程化改造ωRNA可以显著提高TnpB编辑活性,而且证明了改造后的TnpB-ωRNA在模型制备和遗传疾病基因编辑治疗中的应用潜力,为将来改造和优化TnpB-ωRNA*基因编辑技术来干预更多疾病奠定了基础。
论文链接:
https://www.nature.com/articles/s41467-024-45197-z
- 本文作者: Anderson
- 本文链接: http://nikolahuang.github.io/2024/02/01/Nature子刊:胥春龙-周英思-胡纯一团队改造微型基因编辑工具TnpB-ωRNA,用于体内基因治疗/
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