2022-02-08

Cell Reports Methods | 基因组安全港：基因和细胞治疗靶向的通用着陆平台

原创 图灵基因 图灵基因 2022-02-08 09:44

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基因组区域可以安全地容纳新的治疗基因，而不会导致细胞基因组发生其他可能对患者构成风险的意外变化——称为基因组安全港（GSH）——可以提高基因和细胞治疗的有效性、持久性和可预测性。

现在，一项合作开发了一种计算方法来识别GSH位点。对于2000个预测的GSH位点中的两个，该团队提供了针对皮肤病的过继性T细胞疗法和体内基因疗法的深入验证。通过将已识别的GSH位点分别在T细胞和皮肤细胞中携带报告基因和治疗基因，他们证明了新引入的基因的安全和持久表达。

这项研究发表在《Cell Reports Methods》上的一篇题为“Discovery and validation of human genomic safe harbor sites for gene and cell therapies”的论文中。

寻找具有临床转化潜力的GSH一直是一项挑战。GSH需要可通过基因组编辑技术获得，不受基因和其他功能序列等物理障碍的影响，并允许“着陆”治疗基因的高、稳定和安全表达。到目前为止，只探索了几个候选GSH——所有这些都带有一定的警告。此外，尚未分析候选GSH是否存在调控元件，也未分析插入的基因是否会改变整个基因组中细胞的整体基因表达模式。

“虽然GSH可以被用作基因靶向的通用着陆平台，从而加快基因和细胞疗法的临床开发，但迄今为止，人类基因组的任何位点都尚未得到充分验证，所有这些位点都只能用于研究应用。”Wyss研究所核心教员George Church博士说，“这使得我们对高度验证的GSH采取的协作方法向前迈出了重要的一步。再加上我们在实验室开发的更有效的靶向基因整合工具，这些GSH可以为未来的各种临床转化工作提供支持。”

通过利用人类细胞系和组织中丰富的测序数据，计算管道使该团队能够预测基因组中可能用作GSH的区域。“在这个逐步的全基因组扫描中，我们通过计算排除了编码蛋白质的区域，包括参与肿瘤形成的蛋白质，以及编码某些类型的RNA的区域，这些RNA在基因表达和其他细胞过程中发挥作用。”Wyss研究所Church实验室研究员Erik Aznauryan博士说，“我们还消除了含有所谓的增强子元件的区域，这些增强子元件通常从远处激活基因的表达，以及包括染色体中心和末端的区域，以避免细胞分裂过程中染色体复制和分离的错误。这让我们有大约2000个候选位点需要进一步研究，用于临床和生物技术目的。”

在2000个已确认的GSH位点中，研究小组随机选择了5个位点，并使用基于CRISPR-Cas9的快速有效的基因组编辑策略将报告基因插入到每个细胞系中，并在常见的人类细胞系中对其进行研究。“其中两个GSH位点允许插入的报告基因特别高地表达——事实上，显著高于将同一报告基因导入两个早期GSH的团队所达到的表达水平。重要的是，两个GSH位点所包含的报告基因并没有上调任何与癌症相关的基因。”Aznauryan说。

为了评估人类细胞类型（Rogi1和Rogi2）中对细胞和基因治疗感兴趣的两个最引人注目的GSH位点，该团队分别在免疫T细胞和皮肤细胞中对它们进行了研究。T细胞被用于许多过继性细胞疗法，用于治疗癌症和自身免疫性疾病，如果将受体编码基因稳定地插入GSH，这些疗法可能会更安全。此外，由控制不同皮肤层细胞功能的基因的有害突变引起的皮肤疾病，可以通过将突变基因的健康拷贝插入并长期表达到补充这些皮肤层的分裂皮肤细胞的GSH中来治愈。

“我们将一个荧光报告基因导入从血液中获得的原代人类T细胞中的两个新GSH中，并将一个功能齐全的LAMB3基因（皮肤中的一种细胞外蛋白）导入原代人类皮肤成纤维细胞中的同一GSH中，观察到了持久的活性。”Wyss研究所技术开发研究员Denitsa Milanova博士说。

“我们在GSH工程改造的原代人类T细胞中进行的广泛测序分析清楚地表明，插入物产生肿瘤促进效应的可能性最小，这一直是基因修饰细胞用于治疗时的一个主要问题。”瑞士巴塞尔苏黎世联邦理工学院生物系统科学与工程系系统与合成免疫学副教授Sai Reddy博士说，“正如我们在这里所做的那样，对多个GSH位点的识别也支持了构建更先进的细胞疗法的潜力，该疗法使用多个转基因来编程复杂的细胞反应，这在T细胞工程用于癌症免疫治疗中尤其相关。”

“这项跨学科合作展示了将计算方法与基因组工程相结合的力量，同时保持了对临床转化的关注。”Wyss研究所创始主任、医学博士Donald Ingber说，“人类基因组中GSH的鉴定将极大地增强未来的开发治疗工作，重点是设计更有效、更安全的基因和细胞疗法。”