Scripps研究所的科學(xué)家開發(fā)了一種特殊的分子開關(guān)，該開關(guān)可以嵌入基因療法中，使醫(yī)生能夠控制劑量。

免疫學(xué)教授Michael Farzan博士與團(tuán)隊。圖片來源：Scripps研究所

《Nature Biotechnology》報道了這一壯舉，它為基因療法設(shè)計人員提供了可能是第一種調(diào)整其治療基因活性水平的可行技術(shù)?；虔煼ㄍㄟ^將治療性基因的拷貝插入患者的細(xì)胞來發(fā)揮作用，但是一旦將基因拷貝傳遞到患者的細(xì)胞中，就無法將其關(guān)閉或調(diào)節(jié)，因此迄今為止只有少數(shù)幾種基因療法被FDA批準(zhǔn)。正是缺乏這樣一種基本的安全特性限制了基因療法的發(fā)展，這項技術(shù)解決了一個主要的安全問題，擴(kuò)大了其使用范圍。

https://doi.org/10.1038/s41587-019-0357-y

由首席研究員Michael Farzan博士領(lǐng)導(dǎo)的Scripps研究小組通過將其納入一種治療貧血的產(chǎn)生促紅細(xì)胞生成素（EPO）的基因療法中，證明了這一技術(shù)的力量。他們可以使用一種特殊的嵌入分子將其基因表達(dá)抑制到非常低的水平，也可以使用注射的稱為嗎啉代（morpholinos）的控制分子在很寬的動態(tài)范圍內(nèi)提高該基因的表達(dá)，F(xiàn)DA已發(fā)現(xiàn)這種控制分子對其他應(yīng)用是安全的。

研究人員從一個錘頭狀核酶的RNA分子家族中制備了轉(zhuǎn)基因開關(guān)，這些核酶具有非凡的特性，一旦將其從編碼的DNA轉(zhuǎn)錄到RNA中，便被切成兩半。因此含有這種核酶的DNA的治療性轉(zhuǎn)基因的轉(zhuǎn)錄本往往是分成兩部分的，然而，核酶的這種自我切割作用可以被鎖在核酶活性位點(diǎn)上的RNA樣嗎啉代阻斷，這時轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)錄本將保持完整并被翻譯成治療性蛋白質(zhì)。核酶有效地充當(dāng)了轉(zhuǎn)基因的“關(guān)閉開關(guān)”，而注射到轉(zhuǎn)基因所在組織中相匹配的嗎啉代能有效地使轉(zhuǎn)基因重新“打開”，其程度取決于嗎啉代的劑量。科學(xué)家們從一種稱為N107的錘頭狀核酶開始，經(jīng)過幾個月的實(shí)驗(yàn)修飾核酶，直到其動態(tài)范圍擴(kuò)大數(shù)十倍。

使用優(yōu)化的III型核酶可有效調(diào)節(jié)基因表達(dá)

研究小組隨后在EPO基因療法的小鼠模型中展示了基于核酶的開關(guān)，該模型雖然尚未獲得FDA批準(zhǔn)，但被認(rèn)為比目前用于治療與嚴(yán)重腎臟疾病相關(guān)的貧血的方法更好。他們向小鼠的肌肉組織中注射了EPO轉(zhuǎn)基因，結(jié)果表明嵌入的核酶將EPO的產(chǎn)生抑制到非常低的水平，然后將少量的嗎啉代分子注射到受影響的組織中，極大地逆轉(zhuǎn)了這種抑制作用，EPO的產(chǎn)量增加200倍以上并且持續(xù)了一周以上，而標(biāo)準(zhǔn)注射的EPO半衰期只有幾個小時。這些特性使基于核酶的開關(guān)具有實(shí)際的臨床應(yīng)用潛能。

EPO轉(zhuǎn)基因的體內(nèi)調(diào)節(jié)

Farzan認(rèn)為這種方法“是目前調(diào)節(jié)動物或人類基因療法劑量的唯一實(shí)用方法”，該技術(shù)的簡單性以及嗎啉代已獲得FDA批準(zhǔn)的事實(shí)，可以使新的轉(zhuǎn)基因開關(guān)系統(tǒng)用于各種設(shè)想的基因療法中。在未來的研究中，F(xiàn)arzan和他的同事們將努力適應(yīng)他們的核酶開關(guān)技術(shù)，以便將其用作基因療法的故障保護(hù)機(jī)制，從而使錯誤的轉(zhuǎn)基因永久性地失活。

參考資料：

[1] New technology allows control of genetherapy doses

[2] A reversible RNA on-switch thatcontrols gene expression of AAV-delivered therapeutics in vivo