AAV病毒是碱基编辑器常用的递送工具,通过将编码碱基编辑器的DNA地送到靶组织中发挥作用,但是这种递送方法可能会延长碱基编辑器在体内的表达时间,相应地,脱靶编辑的风险也会提升。一种理想的编辑器递送方法是直接递送编辑器蛋白或核糖核蛋白(RNP),这样形式的编辑器在体内的作用时间较短,可以降低脱靶编辑的风险。使用病毒样颗粒(VLP)或许为一种可行的方法,VLP的行为类似于病毒,可以进入细胞并运送治疗性蛋白质等货物,因为VLP不含病毒遗传物质,因此可能比病毒载体更加安全。虽然使用VLP递送RNP可以结合病毒的递送效率和组织靶向性优势,但过去的研究表明,VLP递送的基因编辑器在体内的编辑功效十分有限。1月11日,在Cell杂志上发表的新研究中,麻省理工学院和哈佛大学Broad研究所David Liu实验室的研究团队开发了一种工程化无DNA病毒样颗粒(eVLP),能有效包装和递送碱基编辑器或Cas9核糖核蛋白。在小鼠体内单次注射eVLP可将降低78%的血清PCSK9蛋白水平,而且能部分恢复遗传性失明的小鼠模型的视觉功能,此外,体外和体内实验中几乎没有检测到eVLP的脱靶编辑。
来源:Cell
研究人员通过在颗粒表面使用不同的分子来优化eVLP,他们系统设计了eVLP结构的不同部分,优化了eVLP生产、货物封装、货物在胞内的释放和分配这几个关键步骤,最终生成的第四代eVLP(v4 BE-eVLP)所能包装的碱基编辑器RNP蛋白比初始报道的VLP多了16倍。
设计多版本的eVLP解决VLP瓶颈问题(来源:Cell)
v4 BE-eVLP可在几种主要的小鼠和人类细胞类型中进行有效的碱基编辑,而且将编辑器RNP蛋白递送后,几乎没有检测到脱靶编辑。此外,eVLP不含DNA的特性避免了DNA整合到细胞基因组中的可能性。
v4 BE-eVLP的安全性高(来源:Cell)
研究人员在体外对原代人类或小鼠细胞进行了编辑,在具有纯合COL7A1突变的原代成纤维细胞中,v4 BE-eVLP在目标腺嘌呤碱基处的编辑效率超过了95%。
v4 BE-eVLP可以在人和小鼠原代成纤维细胞中实现接近100%的碱基编辑水平(来源:Cell)
在体内编辑实验中,v4 BE-eVLP仍然展现了较高的编辑效率。研究人员使用v4 BE-eVLP将碱基编辑器递送到小鼠的肝脏后,PSCK9蛋白水平下降了78%。人体中PCSK9的功能获得性突变与家族性高胆固醇血症有关,而PCSK9的功能丧失性突变则会导致LDL胆固醇浓度降低,能预防冠心病。
体内单次全身注射v4 BE-eVLP敲低Pcsk9(来源:Cell)
研究人员还在遗传性失明小鼠中使用v4 BE-eVLP纠正了Rpe65基因中的突变,恢复了小鼠的部分视觉功能。
v4BE-eVLP在遗传性失明小鼠模型中进行碱基编辑(来源:Cell)
团队还将v4 BE-eVLP直接注射到小鼠的大脑中,观察到暴露于eVLP的细胞的编辑效率约为50%,未来他们将着力改善eVLP在整个大脑中的分布。
v4 BE-eVLP在中枢神经系统中进行碱基编辑(来源:Cell)
总的来说,eVLP结合了病毒和非病毒传递系统的优势,不仅可以用于碱基编辑,还可以用于递送其它治疗性蛋白。研究团队正在拓宽eVLP靶向的器官和细胞类型范围,未来他们还将继续表征eVLP,以更好地预测和减轻颗粒可能产生的任何不需要的免疫应答。[1] Banskota S., Raguram A., Suh S., et al. Engineered virus-like particles for efficient in vivo delivery of therapeutic proteins. Cell (2022)[2] Engineered particles efficiently deliver gene editing proteins to cells in mice(来源:Broad Institute)