《Science》基因疗法新技术——StitchR

基因疗法可以有效地治疗各种疾病，但对于一些衰弱性疾病，如肌肉萎缩症，有一个主要问题：基因片段大小。

肌肉萎缩症中功能失调的基因通常非常大，目前的传递方法无法将如此大量的遗传负荷传递到体内。一项名为“缝合”（StitchR）的新技术克服了这一障碍，它将基因的两个部分分开输送；一旦进入细胞，这两个DNA片段就会产生信使RNA (mRNA），它们无缝地连接在一起，以恢复在疾病中缺失或失活的蛋白质的表达。

发表在《Science》杂志上的一项研究表明，在两种不同的肌肉萎缩症动物模型中，StitchR（“stitch RNA”的缩写）将大型治疗性肌肉蛋白的表达恢复到正常水平。StitchR能够表达Dysferlin蛋白和Dystrophin蛋白，前者在2B/R2型肢体带状肌营养不良患者中缺乏，而后者在Duchenne型肌营养不良患者中缺乏。

杜氏肌营养不良是最常见的早发性肌营养不良，许多男孩在十几岁的时候就被轮椅束缚住了，二十多岁就去世了。患有肢带性肌肉萎缩症的人会出现肩部、臀部和大腿肌肉无力和萎缩，并且经常难以站立、移动和完成日常任务。

“基因疗法是一种强大的工具提供一个健康的基因复制回到病人的细胞正确的遗传疾病,但向量用于提供这些信息是小,到目前为止妨碍它们用于治疗许多疾病引起的基因突变在很大,”Douglas M. Anderson说。“我们已经开发了一种有效的双载体系统，而不是在单一载体中传递完整的基因，这是不可能的，其中一个基因的两个部分分别传递，但聚集在一起，在受影响的组织中重建了大的mRNA。”

这项技术最初源于几年前在实验室里的一次偶然观察，当两个独立的mRNA被称为核糖酶的小RNA序列切割时，它们就会无缝连接并翻译成全长蛋白质。研究小组发现，当核酶切割RNA时，它们会留下被自然修复途径识别的末端。

Anderson也是罗切斯特大学RNA生物学中心的成员，他指出：“类似于CRISPR酶被用来切割DNA， CRISPR酶只是剪刀，它是细胞的天然修复酶，将DNA粘合在一起。我们认为类似的事情正在发生，但对于RNA。核酶就像剪刀一样，细胞的自然修复途径能够将两个RNA重新连接在一起。值得注意的是，两个独立的mRNA能够找到自己，而且这个过程如此有效。”

实验室优化了这一过程的效率（比最初的实验提高了900多倍），并将这项技术应用于一种强大的基因传递机制。当一个大的治疗基因的两半被编码到腺相关病毒（AAV）载体中，这是基因治疗中最常用的载体，因为它们是安全的，不会引起人类疾病，核酶切断mRNA的末端，然后它们连接起来，形成一个单一的，无缝的mRNA，能够在所需的组织中产生蛋白质。

包括最近从Anderson实验室获得博士学位的共同第一作者Sean Lindley在内的研究小组发现，缝合的mRNA似乎与天然全长mRNA的行为方式基本相同，有效地将遗传信息转化为功能性蛋白质。

自切割核酶是对StitchR活性至关重要的，它在动物王国中自然存在，由不同的家族组成，这些家族表现出不同的切割活性。在测试了许多核酶家族和序列后，他们最终确定了一种配方，可以产生高水平的蛋白质，并接近单一载体表达基因所达到的水平。

UR RNA生物学中心主任Lynne E. Maquat博士说：“Douglas 极具创造力，注重细节，事实上，他研究出了两个不同的mRNA如何在细胞中找到彼此，并无缝地连接在一起，创造出一个功能性的mRNA，这真的很令人兴奋。这个概念听起来很简单，但这需要大量的实验工作来优化所涉及的分子，确保它们在细胞中稳定，并使过程尽可能高效。”

根据Anderson的说法，StitchR可以与许多不同类型的载体结合，用于在细胞中传递或表达基因，并且它似乎可以有效地与任何mRNA序列一起工作，为其在广泛的疾病和应用中使用打开了大门。“在这一点上，StitchR真的是即插即用。StitchR对序列的要求很低，我们现在已经用许多不同的基因和序列进行了测试，”他说。

该技术的另一个特点是只生产全长蛋白。

“其他双载体方法已经开发了几十年，但一直受到效率低下和生产不到全长产品的困扰。因为StitchR发生在RNA水平，我们可以控制并确保只产生全长蛋白产物。这将StitchR与其他双载体技术区分开来，例如一种蛋白质连接技术inteins，它可以很有效，但需要表达更小的蛋白质片段，这些蛋白质片段可能在细胞中具有未知的作用，”Anderson补充说。

“从最初的研究观察到治疗应用，这是一个漫长但令人满意的过程，但这一直是我们实验室的主要目标，我认为这是基础研究的希望。通过StitchR和其他工具，我们正在努力治疗地球上一些最令人衰弱的遗传疾病，其中许多疾病目前没有治疗方法或治愈方法。”

该实验室目前正在与其他研究实验室建立合作关系，并生成StitchR载体，以治疗由大基因引起的多种疾病，其中有数千种。

Anderson是Scriptr Global， Inc.的联合创始人，并持有与StitchR和其他基于RNA的技术相关的多项美国和国外专利申请。Scriptr从罗切斯特大学获得了StitchR技术的许可。