Üllatus! Meie kehad on geeniteraapia jaoks varjanud Trooja hobust

Loodus peidab endas hämmastavaid meditsiinilisi läbimurdeid.

Võtma CRISPR, transformatiivne geenide redigeerimise tööriist. See oli inspireeritud madalast bakteriaalsest immuunkaitsesüsteemist ja otsustas redigeerida meie geene, et ravida pärilikke haigusi, tugevdada vähiravi või isegi pikendada eluiga. Nüüd on dr Feng Zhang, üks CRISPRi pioneere, tagasi uue loominguga, mis võib vallandada järgmise põlvkonna geeniteraapia ja RNA vaktsiinid. Ainult seekord vaatas tema meeskond sügavale meie enda kehadesse.

Nii võimsad kui ka DNA- ja RNA-ravimid peavad meie rakkudesse tööle pääsema. Teadlased kasutavad uue geneetilise materjali kapseldamiseks ja rakkudesse tunneldamiseks tavaliselt viirusvektoreid – ohututest viirustest valmistatud kohaletoimetamisvahendeid – või lipiidide nanoosakesi, väikeseid kaitsva rasvalaike.

Probleem? Meie kehad ei ole suured võõraste ainete fännid, eriti need, mis käivitavad soovimatu immuunvastuse. Veelgi enam, need kohaletoimetamissüsteemid ei ole bioloogiliste sihtnumbritega suurepärased, sageli kubisevad kogu keha, selle asemel et keskenduda ravitavale alale. Need "tarneprobleemid" on pool võitu tõhusa geneetilise meditsiini jaoks, millel on vähe kõrvaltoimeid.

"Biomeditsiini kogukond on välja töötanud võimsaid molekulaarseid ravimeid, kuid nende täpne ja tõhus rakkudesse viimine on keeruline." ütles Zhang Broad Institute'is, McGoverni Instituudis ja MIT-is.

Sisestage SEND. Uus tarneplatvorm, kirjeldatud teadus, pimestab oma leidlikkusega. Selle asemel, et loota välismaistele vedajatele, SAADA (svalikuline endogeenne enkapsidatsioon raku jaoks delivery) juhib inimese valke, et valmistada transpordivahendeid, mis toovad sisse uusi geneetilisi elemente. Testide seerias sisestas meeskond RNA lasti ja CRISPR-i komponendid tassi kultiveeritud rakkudesse. Pakkimistehastena tegutsevad rakud kasutasid geneetilise materjali kapseldamiseks inimvalke, moodustades pisikesi õhupallitaolisi anumaid, mida saab ravina koguda.

Veelgi kummalisem on see, et nende valkude allikas toetub viirusgeenidele, mille meie enda genoom evolutsiooni käigus eoneid tagasi kodustas. Kuna need valgud on põhiliselt inimtekkelised, ei käivita need tõenäoliselt meie immuunsüsteemi.

Kuigi autorid proovisid ainult ühte pakkimissüsteemi, on meie genoomides peidus palju rohkem. "See on see, mis on nii põnev," ütles uuringu autor dr Michael Segel, lisades, et nende kasutatud süsteem ei ole ainulaadne; "Inimese kehas on tõenäoliselt ka teisi RNA ülekandesüsteeme, mida saab kasutada ka terapeutilistel eesmärkidel."

Body's Shipping Infrastructure

Meie rakud on tohutud jutukastid. Ja neil on mitu telefoniliini.

Elekter on populaarne. See on osaliselt see, mis hoiab neuroneid võrkudega ühendatud ja südamerakke sünkroonis. Hormoonid on teine, mis seovad rakud poolelt kehalt vereringesse sattuvate kemikaalide kaudu.

Kuid kõige kummalisem pärineb igivanast vaherahust inimese ja viiruse vahel. Tänapäeval inimgenoomi uurides on selge, et meil on viiruse DNA ja muud geneetilised elemendid, mis on põimitud meie enda topeltheeliksi sisse. Enamik neist viiruslikest lisanditest on kaotanud oma esialgsed funktsioonid. Mõned on aga värvatud meie keha ja vaimu ülesehitamiseks.

Võtke Arc, valk, mis on valmistatud geenist, mida muidu nimetatakse nöökima- viiruse põhigeen, mis on meie genoomides tavaline. Arc on a mälu suurmeister: nagu me õpime, moodustab valk pisikesi kapsleid, mis kannavad edasi bioloogilist materjali, mis omakorda aitab tsementeerida uusi mälestusi meie närvivõrgu repertuaari. Teine valk, mis sarnaneb nöökima, mida nimetatakse PEG10-ks, võib haarata kinni RNA-st ja moodustada ka mullilisi kosmoselaevu, mis aitavad kaasa platsenta arengule ja soodustavad paljunemist.

Kui geneetilise materjali papppakendeid teeb PEG10, siis postimark pärineb teisest viiruse geeniperekonnast, fusogeenidest. Geen loob omamoodi sihtnumbri, mis võimaldab igal lasti kandval kosmoselaeval dokkida sihtrakkudele.

Kuigi need geenid olid oma olemuselt viiruslikud, on need geenid immigreerunud meie genoomi ja kohanenud hämmastavalt spetsiifiliseks transpordisüsteemiks, mis võimaldab rakkudel teavet jagada. Põhimõtteliselt on see jäätisepall (või mochi või pelmeenid), kuhu saab mistahes täidise pista. Kuna meie rakud suhtlevad juba nende bioloogiliste õhupallide abil, mis on täidetud geneetiliste andmetega, siis miks me ei kaaperda protsessi, et lisada oma geneetilisi komponente?

SAADA

Uus tarnesüsteem tugineb kolmele komponendile: pakendigeen, sisenemiskood ja veos.

Nagu põgenemistoa lahendamise puhul, on igaüks neist vajalik, et rakust välja pääseks geneetiline sõnum. Esimene samm on leida inimkeha seest pakkimisgeen, mis võib moodustada selle lasti ümber mulli. Arvutusuuringuga skaneeris meeskond nii inimese kui ka hiire genoome nöökima-sarnased geenid – sarnased geenidega, mis moodustavad mälestusi ülesehitamiseks kaitsekapsleid. Kaubavedajana astus üles esialgu 48 kandidaati. Lõpuks piiras meeskond oma otsingut valgu nimega MmPEG10.

Autorite sõnul on see viiruslikku päritolu, kuigi see on meie kehale kahjutu. PEG10 eriline jõud on selle soe kallistus. See suudab hõivata RNA-d raku sees, moodustada selle ümber mulli ja eritada mulli nagu miniatuursed kosmoselaevad rakulisest emalaevast. Üllataval kombel on need kosmoselaevad oma lastivaliku osas üsna kindlad. CRISPR-testi abil mõistis meeskond, et mullid seostuvad ainult teatud RNA rühmaga ja edastavad lasti.

Järgmine samm oli PEG10 kaubaeelistuse häkkimine ja ümberprogrammeerimine. Geneetilise analüüsi abil leidis meeskond PEG10 jaotise, mis võimaldab kapslil oma lasti ära tunda ja pakendada. Lasti osas katsetas meeskond kahe geneetilise "pileti" või järjestuste lisamisega, mis võimaldasid neil siseneda PEG10 laeva. See on ligikaudu sarnane sellega, kui reisija tunneb ära oma Lyfti juhi, sobitades auto armatuurlaual oleva värvi oma rakendusega.

Kui need kaks kohtuvad, moodustab PEG10 "draiver" valke, mis keerlevad geneetilise ratturi ümber, moodustades molekulaarse kandja moodustava laigu eesmärgiga rakust põgeneda.

Aga kuidas on juhistega? Siit tuleb sisse sisenemiskood ehk fusogeenid. Nagu Amazoni tagastuskoodid, on fusogeenid valgud, mis paiknevad PEG10 takso välisküljel, suunates need sisenema erinevatesse rakutüüpidesse ja kudedesse. Erinevaid fusogeene näppides saab meeskond suunata, kuhu geneetiline veos läheb, nagu oleks see postiindeksiga märgistatud.

Haara see kõik kokku

SEND on komponentide trifekta, millest igaüks on kodeeritud vektoriga – väikese ümmarguse DNA osaga, mis võib rakkudesse tunneldada.

Rakku sisenedes toimub maagia. Iga vektor puudutab raku valke tootvat tehast. PEG10 juhib tehast pakkimise valmistamisel. Fusogeen täpistab pakendit saatelehtedega. Ja lasti RNA koos modifikatsioonidega, et paremini SEND-ile märgistada, on korralikult pakitud saadud sõidukisse, mis triivib sihtkohta.

"Usume, et SEND-süsteemi erinevate komponentide segamisel ja sobitamisel on see modulaarne platvorm erinevate haiguste ravimeetodite väljatöötamiseks, " ütles Zhang.

Kontseptsiooni tõestuseks kasutas meeskond SEND-i, et tarnida CRISPR-süsteem, mis lõikab algselt ajuvähist saadud tassis rakkudest vähki tekitava geeni. Süsteem lõikas tõhusalt välja umbes 60 protsenti retsipientrakkude geenist. Kuid see tegi seda alles siis, kui SEND viis CRISPR-i komponendid rakku, näidates, et SEND tarnib ainult geneetilist materjali, mis on selle transportimiseks kohandatud.

Edaspidi katsetab meeskond SEND-i loommudelites ja loob tööriistakasti erinevate kudede ja rakkude sihtimiseks. Samuti jätkavad nad inimgenoomi uurimist iidsete geneetiliste komponentide leidmiseks, mis võiksid SEND-platvormi täiendada.

"Oleme põnevil, et saame seda lähenemisviisi edasi lükata," ütles Zhang, "[See] on tõesti võimas kontseptsioon."

Pildi krediit: pärast rakusse kokkupanemist vabastatakse SEND-paketid geeniteraapia jaoks kogumiseks. Foto McGoverni Instituudi loal.

Allikas: https://singularityhub.com/2021/08/24/surprise-our-bodies-have-been-hiding-a-trojan-horse-for-gene-therapy/