Команда, состоящая из исследователей из Европейской лаборатории молекулярной биологии, Universitätsklinikum Würzburg и Paul-Ehrlich-Institut, сумела разработать новый вариант транспозазы «Спящая красавица» с резко улучшенными биохимическими свойствами, позволяющими напрямую использовать транспозазу. белок для модификации генома.

Разработанный нами белок может доставляться в клетки млекопитающих и оставаться полностью функциональным, обеспечивая эффективные и стабильные модификации генома в клетках-мишенях по требованию ».

Орсоля Барабас, руководитель группы, EMBL Heidelberg

Доставка и эффективная генная инженерия могут быть использованы на различных типах клеток, включая человеческие стволовые клетки и Т-лимфоциты. Последний может быть генетически модифицирован для получения искусственного химерного рецептора антигена (CAR) для использования при иммунотерапии рака.

Новый тип транспозазы Спящей красавицы, разработанный исследователями, не только обеспечивает прямую доставку белка, но и самостоятельно проникает в клетки.

Последний признак не был запланирован для нового варианта и был обнаружен только тогда, когда он был изучен в действии. Это было приятным сюрпризом, поскольку оно является первым в своем роде с такой характеристикой.

«Все эти возможности открывают новые возможности для производства клеток CAR-T и других методов генной терапии», – объясняет Ирма Керкес, аспирантка в EMBL и ведущий автор статьи. Таким образом, это прорыв по сравнению с другими существующими вариантами транспозазы «Спящая красавица».

Спящая красавица

Транспозонная система «Спящей красавицы» состоит из транспозазы и транспозона для вставки специфических последовательностей ДНК в геномы животных.

Транспозаза – это белок, который связывается с концами транспозона – последовательность ДНК, которая может изменить свое положение в геноме, иногда создавая или обращая мутации и изменяя генетическую идентичность клетки, – и катализируя ее перемещение в другую часть генома.

Транспозаза может быть закодирована либо внутри транспозона, либо может быть предоставлена ​​другим источником, и в этом случае транспозон становится неавтономным элементом. Неавтономные транспозоны наиболее полезны в качестве генетических инструментов, потому что после вставки они не могут самостоятельно продолжать иссечение и повторную вставку.

Все ДНК-транспозоны, идентифицированные в геноме человека и других геномах млекопитающих, являются неавтономными, поскольку, хотя они содержат гены транспозазы, они не функционируют и не способны генерировать транспозазу, которая может мобилизовать транспозон.

Транспозаза Спящей Красавицы была воскрешена из неактивных копий в геномах рыб Золтаном Ивиксом и его коллегами в 1997 году, создав первый инструмент транспозона, который эффективно работал в клетках позвоночных. С тех пор он использовался для многих применений в генетике, включая генную терапию.

Прямое применение

В то время как исследователи EMBL обычно сосредотачиваются на фундаментальных исследованиях, эти результаты приводят к прямому медицинскому применению.

«Новая транспозаза и методы инженерии генома, которые мы разработали, найдут непосредственное применение в терапевтической клеточной инженерии», подчеркивает важность результатов Майкл Худечек из Университета Вюрцбург. «Уже в этом первом исследовании мы демонстрируем полезность нашего метода для производства клеток CAR-T и его эффективность в мышиной модели». Теперь Hudecek и его коллеги продолжат исследования с транспозазой для применения у пациентов-людей.

Наш метод также предлагает привлекательное применение в инженерии стволовых клеток, и я уверен, что он найдет свое применение в регенеративной медицине и связанных с этим исследованиях. Одно из самых выдающихся преимуществ новой технологии заключается в том, что она обеспечивает промышленное фармацевтическое производство транспозазы, что делает систему доставки генов «Спящей красавицы» еще более привлекательной для компаний для будущих терапевтических применений ».

Золтан Ивикс, Пауль-Эрлих-Институт

Принципы построения транспозазы и протоколов, разработанные группой EMBL, также помогут создать аналогичные стратегии для других систем транспозонов.

Команде любопытно продолжить изучение механизмов проникновения в клетку транспозазы Спящей красавицы и выяснить, могут ли эти механизмы быть перенесены и на другие белки.

«Доступность нашего нового варианта« Спящей красавицы »также облегчит исследования в направлении понимания ее молекулярных механизмов, что, в свою очередь, будет способствовать рациональному проектированию более совершенных инструментов для транспозонов», – добавляет Сесилия Сулиани из EMBL; другой ведущий автор статьи.

Несмотря на то, что это потребует дальнейшей работы, Барабас подчеркивает одно непосредственное влияние: «На данный момент наша новая процедура клеточной инженерии приведет к снижению затрат и – благодаря улучшенной точности и контролю метода – улучшенной безопасности медицинских модификаций генома».