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文献分享 | 5篇Nature、Science及Cell,值得收藏!

基于CRISPR的药物理论上可以操纵任何基因靶标。然而,在实践中,这些药物必须进入所需的细胞而不引起不必要的免疫反应,因此通常需要一个递送系统。


2023年9月18日,博德研究所Victoria Madigan、张锋及乔治亚理工学院和埃默里大学James E. Dahlman合作在Nature Reviews Drug Discovery(IF=120)在线发表题为“Drug delivery systems for CRISPR-based genome editors”的综述,该综述回顾了基于CRISPR的基因组编辑器的药物递送系统,重点是腺相关病毒和脂质纳米颗粒。在描述了这些系统是如何设计的以及它们在临床前动物模型中的后续特征之后,该送上重点介绍了最近临床试验的数据。该综述还讨论了由聚合物、蛋白质(包括病毒样颗粒)介导的临床前靶向,以及未来可能递送CRISPR系统的其他载体。


另外,2023年8月23日,博德研究所张锋团队在Nature Communications 在线发表题为“Cell type-specific delivery by modular envelope design”的研究论文,该研究开发了DIRECTED(Delivery to Intended REcipient Cells Through Envelope Design),这是一个模块化平台,由单独的融合和靶向组件组成。为了实现高模块化和可编程的细胞类型特异性,该研究开发了多种策略来招募或固定病毒包膜上的抗体,包括嵌合抗体结合蛋白和SNAP标签,可以使用抗体或其他蛋白质作为靶向分子。此外,该研究发现来自多个病毒家族的融合原与DIRECTED兼容,并且DIRECTED成分可以靶向多种递送底盘(例如,慢病毒和MMLV gag)到特定的细胞类型,包括PBMCs和全血中的原代人T细胞。


2023年4月5日,博德研究所张锋及东京大学Osamu Nureki等团队合作在Nature 在线发表题为“Cryo-EM structure of the transposon-associated TnpB enzyme”的研究论文,该研究报道了耐辐射球菌(Deinococcus radiodurans)ISDra2 TnpB及其同源ωRNA和靶DNA复合物的冷冻电镜结构。在结构上ωRNA采用了一种意想不到的结构,形成了一个假结,在所有Cas12酶的引导RNA中是保守的。此外,该结构以及功能分析揭示了紧凑的TnpB如何识别ωRNA并切割与向导互补的目标DNA。TnpB与Cas12酶的结构比较表明,通过不对称二聚体形成或多种REC2插入,CRISPR-Cas12效应物获得了识别引导RNA-靶DNA异源双链体的原间隔-邻近基序-远端的能力,从而参与CRISPR-Cas适应性免疫。总的来说,该研究提供了TnpB功能的机制见解,并推进了我们对从转座子编码的TnpB蛋白到CRISPR-Cas12效应物的进化的理解。


2023年6月28日,博德研究所张锋团队在Nature 在线发表题为“Fanzor is a eukaryotic programmable RNA-guided endonuclease”的研究论文,该研究报告了Fz的生化特性,表明它是一种RNA引导的DNA内切酶。该研究还表明Fz可以被重新编程用于人类基因组工程应用。该研究利用冷冻电镜分析了Spizellomyces punctatus Fz (SpuFz)在2.7Å的结构,揭示了Fz、TnpB和Cas12之间的核心区域的保守性,尽管同源RNA结构不同。总之,该研究结果表明Fz是真核生物的OMEGA系统,表明RNA引导的内切酶存在于生命的所有三个领域


2023年4月6日,博德研究所张锋团队在Science 在线发表题为“Structure of the R2 non-LTR retrotransposon initiating target-primed reverse transcription”的研究论文,该研究报道了Bombyx mori R2 non-LTR逆转录转座子在其核糖体DNA靶点处启动TPRT的冷冻电子显微镜结构。目标DNA序列在插入位点被解开,并被上游基序识别。逆转录酶(RT)结构域的延伸识别逆转录转座子RNA,并引导3 '端进入RT活性位点以模板逆转录。该研究使用Cas9在体外将R2重定向到非原生序列,这表明未来可以作为一种基于可重编程RNA的基因插入工具。


2023年3月29日,博德研究所张锋团队在Nature 在线发表题为“Programmable protein delivery with a bacterial contractile injection system”的研究论文,该研究发现Photorhabdus毒力盒(PVC)——来自昆虫病原细菌Photorhabdus asymbiotica的eCIS——的目标选择是由PVC尾纤维的远端结合元件对目标受体的特异性识别介导的。在尾巴纤维的结构引导工程中,该研究表明PVC可以被重新编程,以靶向这些系统不天然靶向的生物(包括人类细胞和小鼠),效率接近100%。最后,该研究发现PVC可以装载不同的蛋白质载荷,包括Cas9、碱基编辑器和毒素,并可以将它们功能性地输送到人类细胞中。总之,该研究结果表明PVC是一种可编程的蛋白质传递装置,可能应用于基因治疗、癌症治疗和生物控制。


2023年1月5日,博德研究所/哈佛医学院/麻省理工学院张锋团队在Cell在线发表题为“A transcription factor atlas of directed differentiation”的研究论文,为了全面了解TF及其控制的程序,该研究创建了一个包含所有注释的人类TF剪接异构体的条形码库(> 3500),并将其应用于构建TF图谱,以单细胞分辨率绘制过表达每个TF的人类胚胎干细胞(hESCs)的表达谱。该研究将TF诱导的表达谱映射到参考细胞类型,并验证候选TF用于生成不同的细胞类型,涵盖所有三个胚层和滋养层。具有库子集的靶向筛选使研究人员能够创建定制的细胞疾病模型,并整合mRNA表达和染色质可及性数据,以识别下游调控因子。最后,该研究通过开发和验证一种预测TF组合的策略来描述组合TF过表达的影响,该策略产生匹配参考细胞类型的目标表达谱,以加速细胞工程工作。


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微生物CRISPR-Cas系统已被设计用于操纵人类细胞中的目标DNA或RNA序列。由于这些系统使用互补向导RNA (gRNA)来找到它们的目标序列,因此它们可以针对几乎任何遗传环境进行重新编程。因此,它们已经迅速成为理解基因如何影响细胞行为的一种成熟的科学工具。这些系统在治疗遗传性疾病方面也具有治疗潜力,一些基于CRISPR的药物目前正在进行临床试验。这些试验的数据提供了早期证据,表明有针对性的基因组编辑可以在人体中进行。为了在体内实现基因组编辑器的治疗潜力,它们必须在不引起不必要的免疫反应的情况下被递送到所需的细胞中。


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腺相关病毒衣壳文库的生成和衣壳在体内递送能力增强的选择(图源自Nature Reviews Drug Discovery )


基于病毒载体的递送系统以及非病毒递送系统已被用于实现体内CRISPR递送;在这些系统中,腺相关病毒(AAVs)和脂质纳米颗粒(LNPs)是临床上最先进的。具体来说,编码这些基因编辑器的AAVs已用于Leber先天性黑朦10型(LCA10)和HIV患者,而基于LNPs的递送系统已用于治疗甲状腺素淀粉样变性、遗传性血管性水肿(HAE)和杂合子家族性高胆固醇血症患者。在这5个项目中,有3个项目已经发表了结果,而且都报道了在人类中进行的靶向基因编辑。


这篇综述讨论了基于CRISPR的基因组编辑器的递送系统,重点是AAVs和LNPs。该综述详细介绍了这些递送系统的优点和缺点,它们如何在动物模型中用于提供基于CRISPR的治疗,它们在正在进行的临床试验中的使用以及可用的安全性和有效性。该综述还评估了在动物中递送CRISPR-Cas有效载荷的替代和新兴递送系统,这些系统可能在未来的临床研究中有应用。


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