在一項新的研究中，來自英國布裏斯托大學和瑞典卡羅琳學院的研究人員成功地利用一種可能引發治療變革的DNA修複工具在患者的腎細胞中修複了導致一種影響兒童和年輕人的衰弱的遺傳性腎髒疾病的基因突變。相關研究結果發表在2022年7月22日的Nucleic Acids Research期刊上，論文標題為“Highly efficient CRISPR-mediated large DNA docking and multiplexed prime editing using a single baculovirus”。

        在這項新的研究中，這些作者描述了他們如何構建一種DNA修複工具來修複Podocin缺陷，這是遺傳性類固醇抵抗性腎病綜合征(Steroid Resistant Nephrotic Syndrome, SRNS)的一個常見的遺傳原因。

        Podocin是一種通常位於特定腎細胞表麵的蛋白，對腎髒功能至關重要。然而，存在缺陷的Podocin仍然停留在細胞內，從未到達細胞表麵，最終損害了足細胞(podocyte)。由於該疾病無法用藥物治愈，用來修複導致Podocin缺陷的基因突變的基因療法為患者帶來了希望。

        通常情況下，人類病毒已被用於基因治療，以進行基因修複。這些病毒被用作“特洛伊木馬”，進入攜帶基因突變的細胞。目前占主導地位的係統包括慢病毒(LV)、腺病毒(AV)和腺相關病毒(AAV)，它們都是相對無害的病毒，很容易感染人類。然而，這些病毒都有相同的局限性，即它們的病毒外殼內的空間受到限製。這反過來又限製了它們能夠遞送的貨物容量，即高效基因修複所需的DNA序列，這大大限製了它們在基因治療中的應用範圍。

        通過應用合成生物學技術，由來自布裏斯托大學生物化學學院的Francesco Aulicino博士和Imre Berger教授領導的研究團隊重新設計了杆狀病毒(baculovirus)，該病毒是一種對人類無害的昆蟲病毒，不再受到有限的貨物容量的限製。

        Aulicino博士說，“杆狀病毒與LV、AV和AAV的不同之處在於它缺乏包裹貨物空間的剛性外殼。”杆狀病毒的外殼類似於一個空心棒，它隻是在貨物增加時變得更長。這意味著杆狀病毒可以提供更複雜的工具包來修複基因缺陷，使得它比常用的係統更具有通用性。

        首先，杆狀病毒必須具備進入人體細胞的能力，而它通常不會這樣做。Aulicino博士解釋說，“我們用蛋白裝飾杆狀病毒，使其能夠非常有效地進入人類細胞。”這種經過修飾的杆狀病毒被認為是安全的，因為它隻能在昆蟲中增殖，而不能在人類細胞中增殖。然後，這些作者利用他們的工程化杆狀病毒來遞送比以前大得多的DNA片段，並將這些片段整合到一係列人類細胞的基因組中。

        人類基因組中的DNA包括30億個堿基對，構成了約25000個基因，這些基因編碼了對細胞功能至關重要的蛋白。如果我們的基因中出現錯誤的堿基對，就會產生錯誤的蛋白，從而使我們生病，導致遺傳性疾病。基因療法通過校正我們基因組中的這類錯誤，有望從根本上修複遺傳性疾病。基因編輯方法，特別是基於CRISPR/Cas的方法，通過實現精確到堿基對的基因修複，大大推動了這一領域的發展。

        這些作者使用攜帶基因組中致病錯誤的患者源性足細胞來展示他們的技術的適用性。通過構建一種DNA修複工具，包括基於蛋白的分子剪刀和指導它們的核酸分子以及替換缺陷基因的DNA序列，他們利用一種工程化的杆狀病毒遞送一個健康的Podocin基因拷貝，同時精確到堿基對地利用CRISPR/Cas將它插入到基因組中。這能夠逆轉致病表型，並恢複podocin到足細胞的表麵上。

        MultiMate能夠快速組裝多功能的DNA回路，以便杆狀病毒高效地在人類細胞中遞送。

        Berger教授解釋說，“我們以前曾使用杆狀病毒感染體外培養的昆蟲細胞來生產重組蛋白，以研究它們的結構和功能。”這種稱為MultiBac的方法，由Berger實驗室開發，在全世界的實驗室中，已經非常成功地製造了非常大的具有多個亞基的多蛋白複合物。“MultiBac已經利用了杆狀病毒外殼的靈活性，將較大的DNA片段遞送到體外培養的昆蟲細胞中，指示它們組裝我們感興趣的蛋白。”當他們意識到同樣的特性有可能改變針對人類細胞的基因療法時，他們就開始努力構建這項新研究中描述的新係統。

        Aulicino博士補充說，“有許多途徑可以利用我們的係統。除了podocin修複，我們可以證實通過使用我們的杆狀病毒遞送係統和現有的最新編輯技術，我們可以同時有效地校正基因組不同位點上的許多錯誤。”

        論文共同作者、布裏斯托大學的Moin Saleem教授說，“SRNS是影響腎髒的較常見的遺傳性疾病之一。SRNS的特點是在早期就出現腎衰竭，導致受影響者的生活質量嚴重下降。”

        論文共同作者、布裏斯托大學的Gavin Welsh教授總結說，“這些結果是非常令人鼓舞的。Berger團隊開創的這種新方法不僅對治療SRNS有希望，而且對治療一係列其他的腎髒遺傳疾病也有希望，在這些疾病中，有效的基因修複在目前的技術中是不可行的。將新的載體係統用於臨床應用是一條漫長的道路，但我們相信它所提供的優勢使這是一項非常值得的研究工作。”