La inserción completa de genes ahora es posible en células humanas

Los investigadores del Broad Institute han mejorado la edición de genes para insertar eficientemente genes completos en células humanas, ofreciendo la posibilidad de terapias monogénicas para enfermedades como la fibrosis quística. Este método combina la edición primaria con enzimas novedosas para mejorar la eficiencia de la edición, lo que podría revolucionar la terapia génica.

La tecnología de edición de genes utiliza editores de cebadores junto con enzimas avanzadas conocidas como recombinasas. Este enfoque tiene el potencial de conducir a terapias genéticas universales que sean efectivas para afecciones como la fibrosis quística.

Investigadores del Instituto Broad del MIT y la Universidad de Harvard cuentan con tecnología avanzada de edición de genes que ahora puede insertar o reemplazar genes completos de manera eficiente en los genomas de células humanas, haciéndolas adecuadas para usos terapéuticos.

Este avance, realizado en el laboratorio de David Liu, miembro del Instituto Broadcore, algún día podría ayudar a los investigadores a desarrollar una terapia genética única para enfermedades como la fibrosis quística que son causadas por una entre cientos o miles de mutaciones diferentes en el gen. Con este nuevo enfoque, podrán insertar una copia sana de un gen en su ubicación original en el genoma, en lugar de tener que crear una terapia genética diferente para corregir cada mutación utilizando otros enfoques de edición de genes que realizan modificaciones más pequeñas.

El nuevo método utiliza una combinación de edición primaria, que puede realizar directamente una amplia gama de modificaciones de hasta aproximadamente 100 o 200 pares de bases, y enzimas de recombinación recientemente desarrolladas que insertan de manera eficiente grandes trozos de células. ADN Miles de pares de bases de longitud en ubicaciones específicas del genoma. Este sistema, llamado eePASSIGE, puede realizar ediciones del tamaño de un gen varias veces más eficientemente que otros métodos similares, y se informa en Naturaleza de la ingeniería biomédica.

“Hasta donde sabemos, este es uno de los primeros ejemplos de integración genética dirigida programable en células de mamíferos que cumple con criterios clave de posible importancia terapéutica”, dijo Liu, autor principal del estudio, profesor Richard Mirkin y director del Centro de Investigación de UCLA. . Mirkin, profesor de Tecnologías Transformativas en Atención Médica en Broad, es profesor de la Universidad de Harvard e investigador del Instituto Médico Howard Hughes. “Dadas estas eficiencias, anticipamos que muchas, si no la mayoría, de las enfermedades genéticas por pérdida de función podrían mejorarse o rescatarse, si las eficiencias que observamos en células humanas cultivadas pueden trasladarse al entorno clínico”.

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La estudiante de posgrado Smriti Pandey y el investigador postdoctoral Daniel Zhao, ambos en el grupo de Liu, fueron coautores del estudio, que también fue una colaboración con el grupo de Mark Osborne en la Universidad de Minnesota y el grupo de Eliot Chekov en el Centro Médico Beth Israel Deaconess.

“Este sistema ofrece oportunidades prometedoras para las terapias celulares, ya que puede usarse para introducir genes con precisión en células fuera del cuerpo antes de dárselos a los pacientes para tratar enfermedades, entre otras aplicaciones”, dijo Pandey.

“Es emocionante ver la alta eficiencia y versatilidad de eePASSIGE, que podría permitir una nueva clase de fármacos genómicos”, añadió Gao. “También esperamos que sea una herramienta que los científicos de toda la comunidad investigadora puedan utilizar para estudiar cuestiones biológicas fundamentales”.

Mejoras importantes

Muchos científicos han utilizado la edición primaria para estabilizar eficientemente cambios en el ADN de hasta decenas de pares de bases de longitud, lo que es suficiente para corregir la gran mayoría de las mutaciones conocidas que causan enfermedades. Pero insertar genes enteros intactos, a menudo de miles de pares de bases de largo, en su ubicación original en el genoma ha sido un objetivo de larga data en la edición de genes. Esto no sólo podría curar a muchos pacientes independientemente de la mutación que tengan en el gen que causa la enfermedad, sino que también preservaría la secuencia de ADN circundante, haciendo más probable que el gen recién descubierto se regule adecuadamente, en lugar de sobreexpresarse. O muy poco o en el momento equivocado.

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En 2021, el laboratorio de Liu informó un paso importante hacia este objetivo y desarrolló un enfoque de edición clave llamado TwinPE que instaló “lugares de aterrizaje” recombinantes en el genoma y luego utilizó enzimas recombinantes naturales como Bxb1 para catalizar la inserción de nuevo ADN en el genoma primario. celúla. Sitios de destino editados

Pronto, la empresa de biotecnología Prime Medicine, cofundada por Liu, comenzó a utilizar la tecnología, a la que llamaron PASSIGE (edición integrativa de genes de sitio específico asistida por cebadores), para desarrollar tratamientos para enfermedades genéticas.

PASSIGE instala las modificaciones en sólo una fracción de las células, suficiente para tratar algunas, pero quizás no la mayoría, de las enfermedades genéticas que resultan de la pérdida de un gen funcional. Entonces, en el nuevo trabajo presentado hoy, el equipo de Liu se propuso mejorar la eficiencia de edición de PASSIGE. Descubrieron que la enzima recombinante Bxb1 era la razón de la reducción de la eficiencia de PASSIGE. Luego utilizaron una herramienta previamente desarrollada por el grupo de Liu llamada un paso (evolución continua asistida por fagos) para desarrollar rápidamente versiones más eficientes de Bxb1 en el laboratorio.

Una variante Bxb1 recientemente desarrollada y diseñada (eeBxb1) ha mejorado el método eePASSIGE para incorporar un promedio de un 30 por ciento más de carga del tamaño de un gen en células humanas y de ratón, cuatro veces más que la tecnología original y aproximadamente 16 veces más que otro método publicado recientemente. llamado empalme.

“El sistema eePASSIGE proporciona una base prometedora para estudios que integran transcripciones de genes intactos en nuestros loci elegidos en modelos celulares y animales de enfermedades genéticas para tratar trastornos de pérdida de función”, dijo Liu. “Esperamos que este sistema demuestre ser un paso importante para llevar los beneficios de la integración genética dirigida a los pacientes”.

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Con este objetivo en mente, el equipo de Liu está trabajando ahora para combinar eePASSIGE con sistemas de entrega como Partículas similares a virus (eVLP) que pueden superar Obstáculos Lo que tradicionalmente ha limitado la administración terapéutica de editores de genes al cuerpo.

Referencia: “Integración eficiente de sitios específicos de genes grandes en células de mamíferos mediante procesos de recombinación y edición de cebadores en constante evolución” por Smriti Pandey, Chen D. Gao, Nicholas A. Krasnow, Amber McElroy, Y. Allen Tao, Jordyn E. Dube, Benjamin J. Steinbeck, Julia McCreary, Sarah E. Pierce, Jacob Tollar, Torsten B. Meissner, Elliot L. Chéjov, Mark J. Osborne y David R. Leo, 10 de junio de 2024, Naturaleza de la ingeniería biomédica.
doi: 10.1038/s41551-024-01227-1

Este trabajo fue apoyado en parte por Institutos Nacionales de SaludLa Fundación Bill y Melinda Gates y el Instituto Médico Howard Hughes.

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