George Church共同領軍 發現基因插入「安全著陸區」降低基因療法風險

即時撰文記者 吳培安
日期2022-01-25
哈佛大學「合成生物學之父」George Church。 (攝影:巫芝岳)

美國時間24日,哈佛大學醫學院Wyss生物啟發工程研究所和瑞士蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zurich),在《Cell Reports Methods》發表最新研究,他們利用電腦運算法分析人類細胞譜系基因體、預測出2000個可供治療性基因插入的「基因體安全著陸區」(genomic safe harbors, GSH),並在人類T細胞和皮膚組織完成其中2個GSH驗證。
 
此研究資深作者之一,是哈佛大學人稱「合成生物學之父」的George Church。他表示,目前人類基因體中的GSH還沒有被充分確認,仍處在研究應用階段。研究團隊希望利用他們開發的標靶基因整合工具,讓GSH成為基因標靶的泛用型平台,藉此加快基因療法、細胞療法等先進療法的臨床開發。
 
研究團隊首先建立了計算管線,並從人類細胞譜系中累積大量全基因體定序資料,從中預測能當成GSH的區域,最後挑出2000個。過程中,他們排除了編碼蛋白質(包括和腫瘤形成的蛋白質)的區域、編碼某些mRNA的區域、可能和遠端調節基因表現相關的增強子元件(enhancer elements)區域,以及染色體中心和末端區域,避免細胞分裂過程中出現染色體錯誤。
 
研究團隊又從2000個候選GSH區域中隨機選擇5個,並利用CRISPR-Cas9系統將報導基因插入各種常見的人類的細胞譜系中,發現在其中2個GSH,插入的基因表現特別高,且並未提高與癌症相關基因的表現。
 
最後,研究團隊將這2個候選GSH,分別在過繼T細胞療法和皮膚基因療法中,成功驗證這些GSH確實能安全且持續地表現這些新插入的基因。
 
領導此研究的另一位資深作者,是ETH Zurich的系統及合成免疫學副教授Sai Reddy,他致力於工程免疫細胞的研究和臨床應用。他表示,經過GSH工程的原發型人類T細胞研究,顯示將促進腫瘤形成的可能降到最低,期待這些GSH能夠幫助更多先進細胞療法的開發,例如癌症免疫治療。
 
研究團隊成員之一的Denitsa Milanova表示,除了基因表現的程度和持續性,他更驚艷於這些GSH所帶來的功能增幅,這也可能強化細胞或器官的正常功能。Milanova本身也正和Wyss研究所的創業團隊開發用於皮膚再生(skin rejuvenation)的平台。
 
所謂的GSH,指的是基因體中能夠安全容納外來治療性基因的區域,基因插入後不會導致發生預期之外、讓患者遭遇風險的改變,具有應用在癌症、罕見遺傳性疾病等基因/細胞療法的潛力,改善治療的效率、持久性和可預測性。
 
然而,要找出具有臨床轉譯潛力的GSH非常困難,科學家將之比擬為「在月球表面尋找太空船的降落點」,必須同時兼備能與基因體編輯技術搭配、不會受到基因和其他功能性序列的物理性阻礙,並能讓治療性基因能夠安全而穩定的大量表現。
 
因此,目前只有很少的候選GSH被發現,且它們都有各自的挑戰,若不是落在基因分布相對稠密(dense)的基因體區域,使得插入治療性基因可能影響到它們的功能,或意外活化某些和癌症發展有關的基因。
 
另外,候選GSH會不會改變整個細胞基因體的表現形式,以及其是否會影響到能夠遠端控制基因表現的調節元件(regulatory elements),都尚未得到充分的研究。
 
參考資料:
https://wyss.harvard.edu/news/landing-therapeutic-genes-safely-in-the-human-genome/
原始研究:
https://www.cell.com/cell-reports-methods/fulltext/S2667-2375(21)00231-9#secsectitle0090
 
(編譯/吳培安)