使用可能改变游戏规则的DNA修复套件，已在患者衍生的肾细胞中修复了导致影响儿童和年轻人的衰弱性遗传性肾病的基因突变。这项由布里斯托大学科学家开发的进展发表在NucleicAcidsResearch上。
在这项新研究中，国际团队描述了他们如何创建DNA修复工具来从基因上修复有缺陷的podocin，这是可遗传的类固醇抗性肾病综合征(SRNS)的常见遗传原因。
Podocin是一种通常位于特殊肾细胞表面的蛋白质，对肾功能至关重要。然而，有缺陷的podocin仍然卡在细胞内，永远不会到达表面，最终会损坏足细胞。由于该疾病无法通过药物治愈，因此修复导致错误podocin的基因突变的基因疗法为患者提供了希望。
通常，人类病毒已被用于基因治疗应用以进行基因修复。这些被用作“特洛伊木马”进入携带错误的单元格。目前占主导地位的系统包括慢病毒(LV)、腺病毒(AV)和腺相关病毒(AAV)，它们都是容易感染人类的相对无害的病毒。然而，这些病毒都有相同的限制，因为它们在病毒外壳内的空间受到限制。这反过来又限制了它们可以运送的货物量，即有效基因修复所需的DNA试剂盒，这大大限制了它们在基因治疗中的应用范围。
通过应用合成生物学技术，由布里斯托尔生物化学学院的FrancescoAulicino博士和ImreBerger教授领导的团队重新设计了杆状病毒，这是一种对人类无害的昆虫病毒，不再受货物容量的限制。
“将杆状病毒与LV、AV和AAV区分开来的是缺乏包裹货物空间的刚性外壳。”领导这项研究的FrancescoAulicino博士说。杆状病毒的外壳类似于一根空心棒——随着货物的增加，它只会变得更长。这意味着杆状病毒可以提供更复杂的工具包来修复遗传缺陷，使其比常用系统更加通用。
首先，杆状病毒必须具备穿透人体细胞的能力，这是它通常无法穿透的。“我们用蛋白质修饰了杆状病毒，使其能够非常有效地进入人体细胞。”Aulicino博士解释说。这种改良的杆状病毒被认为是安全的，因为它只能在昆虫中繁殖，而不能在人体细胞中繁殖。然后，科学家们使用他们的工程杆状病毒来传递比以前更大的DNA片段，并将这些片段构建到整个人类细胞的基因组中。
人类基因组中的DNA包含30亿个碱基对，构成约25.000个基因，这些基因编码对细胞功能至关重要的蛋白质。如果我们的基因中出现错误的碱基对，就会产生错误的蛋白质，这会使我们生病，从而导致遗传性疾病。通过纠正我们基因组中的此类错误，基因疗法有望从根本上修复遗传性疾病。基因编辑方法，尤其是基于CRISPR/Cas的方法，通过实现具有碱基对精度的基因修复，极大地推动了该领域的发展。
该团队使用来自患者的足细胞携带基因组中的致病错误来证明他们的技术能力。通过创建一个DNA修复试剂盒，包括基于蛋白质的剪刀和引导它们的核酸分子，以及用于替换有缺陷基因的DNA序列，该团队使用单一工程杆状病毒交付了与CRISPR相伴的podocin基因的健康副本/Cas机器以碱基对精度将其插入基因组。这能够逆转致病表型并将podocin恢复到细胞表面。
ImreBerger教授解释说：“我们之前曾使用杆状病毒感染培养的昆虫细胞，以生产重组蛋白来研究它们的结构和功能。”这种由Berger实验室开发的称为MultiBac的方法在世界各地的实验室中非常成功地制备了具有许多亚基的非常大的多蛋白复合物。“MultiBac已经利用杆状病毒外壳的灵活性将大片DNA输送到培养的昆虫细胞中，指导它们组装我们感兴趣的蛋白质。”当科学家们意识到相同的特性可能会改变人类细胞中的基因治疗时，他们开始努力创建他们出版物中描述的新系统。
Aulicino博士补充说：“有很多途径可以利用我们的系统。除了podocin修复之外，我们可以证明我们可以同时有效地纠正基因组中不同位置的许多错误，通过使用我们的单一杆状病毒传递系统和最最近可用的编辑技术。”
“SRNS是影响肾脏的更常见的遗传疾病之一，”布里斯托尔肾病中心遗传性肾脏疾病基因治疗的领先专家MoinSaleem教授说。“SRNS的特点是早期肾功能衰竭，导致受影响者的生活质量严重下降。”
BristolRenal肾脏细胞生物学教授GavinWelsh教授总结道：“这些结果非常令人鼓舞。Berger团队开创的这种新方法不仅对SRNS，而且对一系列其他肾脏遗传疾病都有希望，“目前的技术无法实现有效的基因修复。为临床应用实施新的载体系统还有很长的路要走，但我们相信所提供的优势使其成为一项非常值得的事业。”
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