《Nature》子刊:麻省總醫院創新「大片段」基因編輯系統 降脫靶率、產物純度達99.4

日期2023-01-18
《Nature》子刊:麻省總醫院創新「大片段」基因編輯系統 降脫靶率、產物純度達99.4 (圖片來源:網路)

近(2)日,美國麻省總醫院(MGH)的研究人員,開發出一項能更準確在基因體中插入大片段DNA的技術,這項涉及改良「CRISPR相關轉座酶」(CRISPR-associated transposase, CAST)的基因編輯技術,不但讓基因編輯的脫靶率降低,未來更有望透過大片段DNA的編輯,賦予細胞新的能力。該研究發表於期刊《Nature Biotechnology》。

該團隊的技術,是從CAST這項酵素優化而來;CAST為一種能讓基因獨立進行重組,可進行多鹼基對(multi-kilobase) DNA插入的酵素,不過,在自然狀態下,CAST進行基因編輯的脫靶率高、產物純度並不佳。

該團隊因此使用蛋白質相關的工程方法,針對CAST系統進行優化。他們設計出一種名為「HELIX」,可和組成「Tn7轉座酶 (Tn7 transposase)」的蛋白質之一TnsB融合的「切口歸巢核酸內切酶」(nicking homing endonuclease)。

HELIX可恢復欲插入的DNA片段上,5′端的切口能力,進而讓基因編輯後產物的純度達到99.4%,同時在編輯基因體上,保持基因的穩定,並大大減少脫靶的編輯。

研究論文指出,這項HELIX系統,比標準的CAST具有更高的標靶特異性,該團隊也確定了幾個新的因子,可用於調節標靶和全基因體的整合。

此外,他們也將HELIX系統,從原先使用的V-K類型CAST,拓展到其他同源的CAST酵素中,並證實HELIX系統在人類細胞環境中,為可行的基因編輯方式。

論文第一作者,麻省理工學院(MIT)的生物工程博士生Connor Tou表示,在該研究中,他們展示了能將各種CAST系統修改得更安全、更有效的方式,使其能用於高產品純度、具有全基因體特異性的基因編輯。

Tou也表示,這項HELIX系統的靶向整合特異性(on-target integration specificity)可超過96%,比自然情況下的野生型CAST系統增加了約50%。

領導該研究的MGH基因體醫學中心助理研究員,也是哈佛大學助理教授的Ben Kleinstiver表示,該技術的應用範圍,可能遠超出目前基因治療中,將致病基因突變恢復到正常、健康基因的範疇,更有機會透過在目標位置,安放大型的基因序列,讓細胞在產生新的能力時,又能避免「傳統隨機編輯方法」中的安全性、有效性和製造問題。

參考資料:

1.論文原文:https://www.nature.com/articles/s41587-022-01574-x

2.https://www.worldpharmanews.com/research/6236-modified-crispr-based-enzymes-improve-the-prospect-of-inserting-entire-genes-into-the-genome-to-overcome-diverse-disease-causing-mutations

(編譯/巫芝岳)