Banskota和Raguram等在《细胞》一书中描述了工程化无DNA病毒样颗粒(free virus-like particle, VLP)的产生,这些颗粒可高效、安全地为疾病小鼠模型提供治疗水平的BE。
碱基编辑器(base editor, BE)介导靶向的单核苷酸替换而不需要双链DNA断裂,有可能大量减少已知的致病性单核苷酸变体。然而,实现BE在体内安全和高效的传递可能是一个挑战。Banskota和Raguram等在《细胞》一书中描述了工程化无DNA病毒样颗粒(free virus-like particle, VLP)的产生,这些颗粒可高效、安全地为疾病小鼠模型提供治疗水平的BE。
在体内传递BEs的现有方法通常包括使用病毒将BE编码的DNA传递到靶组织。然而,这种策略面临许多挑战,包括有可能将致癌病毒载体整合到转导细胞基因组。由于DNA编码编辑剂在转导细胞中长时间表达,病毒方法也会增加脱靶(off-target)编辑的风险。脂质纳米粒(lipid nanoparticle, LNP)也被用于将BE编码的mRNA输送到肝脏,但LNP输送到其他器官更加困难。
Banskota和Raguram等因此着手研究一种替代的传递方法:使用VLP传递BE核糖核蛋白(BE ribonucleoprotein, RNP)。VLP是有效进入细胞但缺乏病毒遗传物质的病毒蛋白质的集合,从而防止引起病毒感染或病毒载体基因组整合的可能性。RNP在细胞中的生存期很短,限制了脱靶编辑的机会。
作者假设逆转录病毒将是工程化BE-VLP的一个有吸引力的架构:以前的研究表明,某些逆转录病毒支持VLP的形成,甚至在体外传递Cas9 RNP,尽管使用这种方法实现在体内有效编辑迄今遥不可及。在最初的BE-VLP产生之后,Banskota和Raguram等确定了VLP传递效率的关键瓶颈。对BE-VLP进行广泛的系统工程化,以改善VLP成熟后的释放、定位和装载到VLP中,以及VLP的组分化学计量,最终形成了第四代工程化VLP(eVLP),与初始设计相比,蛋白质负载量提高了19倍,编辑效率提高了26倍。
体外和离体研究表明,eVLP在多种细胞类型(包括多个永生化细胞系、人和小鼠的原代成纤维细胞以及人的原代T细胞)中高效地进行靶向腺嘌呤碱基编辑,而脱靶编辑或DNA整合最少。
为了开始评估eVLP的体内疗效,作者首先研究了它们在小鼠中枢神经系统内进行碱基编辑的能力。在小鼠Dnmt1中装载沉默突变的eVLP通过新生儿脑室注射传递。令人鼓舞的是,注射3周后,在暴露于eVLP的皮层和中脑细胞中观察到53%和55%的编辑。
接下来,作者研究了eVLP在成年动物中介导治疗性碱基编辑的能力。在老鼠身上,他们首先开始破坏Pcsk9基因,这是一种治疗家族性高胆固醇血症的策略。单次静脉注射靶向Pcsk9外显子1和内含子1边界的eVLP,导致肝脏中63%的编辑,导致血清Pcsk9蛋白水平降低78%。重要的是,编辑效率与其他最先进的递送系统相当,但没有肝毒性或其他由LNP引发的不良反应。此外,没有检测到脱靶编辑,这是对现有病毒传递方法的改进。
同样,在遗传性视网膜疾病Leber先天性黑蒙的成年小鼠模型中,单次视网膜下注射eVLP可高效且特异性地纠正Rpe65中致病点突变,导致视觉功能部分恢复。
综上所述,这些发现建立了eVLP作为一个有希望的平台,在体内高效、安全地传递治疗性基因编辑剂。
参考文献:Sarah Crunkhorn. Enhancing base editor delivery[J]. Nature Reviews,2022,21:177.