Przełomowe wynalazki często łączą istniejące narzędzia w nowatorski sposób. iPhone, na przykład, zintegrował telefon, przeglądarkę internetową i aparat fotograficzny, a także wiele innych urządzeń.
Podobna sytuacja ma obecnie miejsce w edycji genów. Zamiast używać oddzielnych narzędzi do edycji genów i regulacji ich ekspresji, te różne cele można teraz osiągać za pomocą jednego narzędzia, które jednocześnie i niezależnie może adresować różne choroby genetyczne w tej samej komórce.
Połączenie edycji genów i regulacji
W nowej publikacji w czasopiśmie Nature Communications naukowcy z Centrum Precyzyjnej Inżynierii dla Zdrowia (CPE4H) przy Szkole Inżynierii i Nauk Stosowanych Uniwersytetu Pensylwanii (Penn Engineering) opisują minimalną wszechstronną technologię zaburzeń genetycznych (mvGPT).
Technologia ta, umożliwiająca precyzyjną edycję genów, aktywację ekspresji genów i ich tłumienie jednocześnie, otwiera nowe możliwości leczenia chorób genetycznych oraz badania podstawowych mechanizmów funkcjonowania naszego DNA.
„Nie wszystkie choroby genetyczne są wyłącznie wynikiem błędów w kodzie genetycznym” — mówi Sherry Gao, profesor nadzwyczajny Penn Compact w dziedzinie inżynierii chemicznej i biomolekularnej (CBE) oraz inżynierii bioinżynieryjnej (BE), główny autor artykułu. „W niektórych przypadkach choroby o podłożu genetycznym, takie jak cukrzyca typu I, wynikają z tego, jak bardzo lub jak mało wyrażane są pewne geny”.
Jedno narzędzie, wiele funkcji
W przeszłości jednoczesne rozwiązywanie wielu niezwiązanych ze sobą nieprawidłowości genetycznych — na przykład poprzez edytowanie jednego genu i tłumienie innego — wymagało użycia wielu odrębnych narzędzi. „Chcieliśmy stworzyć jedną platformę, która mogłaby precyzyjnie i efektywnie edytować DNA oraz jednocześnie zwiększać i zmniejszać ekspresję genów” — mówi Tyler Daniel, doktorant w laboratorium Gao i jeden z pierwszych autorów artykułu.
Platforma działa dzięki połączeniu ulepszonego „edytora pierwotnego” (Prime Editor), zdolnego do modyfikacji sekwencji DNA, z wcześniej opracowanymi technologiami zwiększania i zmniejszania ekspresji genów. „Wszystkie te funkcje są ortogonalne” — wyjaśnia Daniel. „Mogą działać niezależnie od siebie w tym samym czasie”.
„Taki poziom precyzji w modyfikacji sekwencji DNA i ekspresji genów nie był wcześniej możliwy” — kontynuuje. „Każde zadanie działa niezależnie. To tak, jakbyśmy naprawili nawigację w samochodzie, jednocześnie podgłaśniając radio i zmniejszając moc klimatyzacji”.
Siła precyzyjnej edycji
Zespół przetestował mvGPT na ludzkich komórkach wątroby z mutacją powodującą chorobę Wilsona, skutecznie usuwając tę mutację, jednocześnie zwiększając ekspresję genu powiązanego z leczeniem cukrzycy typu I oraz tłumiąc inny gen związany z amyloidozą transtyretynową. W licznych testach mvGPT osiągnął wszystkie trzy zadania z dużą precyzją, co dowodzi jego zdolności do jednoczesnego celowania w wiele schorzeń genetycznych.
Dzięki temu, że mvGPT zajmuje mniej miejsca niż trzy oddzielne narzędzia, system jest także łatwiejszy do wprowadzenia do komórek. Naukowcy wykazali, że mvGPT można dostarczać na różne sposoby, w tym za pomocą nici mRNA i wirusów używanych do transportu narzędzi do edycji genetycznej.
„Kiedy masz jedno narzędzie, które może jednocześnie osiągnąć wszystkie te cele” — mówi Gao — „proces staje się znacznie prostszy, ponieważ do komórki trzeba dostarczyć mniej elementów”.
Teraz, gdy technologia wykazała swoją skuteczność w ludzkich komórkach, naukowcy planują przetestować mvGPT w modelach zwierzęcych oraz w leczeniu innych chorób o podłożu genetycznym, w tym chorób układu sercowo-naczyniowego. „Im bardziej zaawansowane stają się nasze narzędzia” — kontynuuje Gao — „tym więcej możemy zrobić, aby leczyć choroby genetyczne”.
Źródło: Nature Communications, University of Pennsylvania School of Engineering and Applied Science
DOI: 10.1038/s41467-024-55134-9
