Nature Biotechnology：一种新的开关可以根据提示打开或关闭基因

就像医生根据病人的需要调整药物剂量一样，治疗基因，即通过基因疗法在人体内进行修饰以治疗或治愈疾病的基因表达，也需要保持在治疗窗口内。保持在治疗窗口内是很重要的，因为过多的蛋白质可能是有毒的，太少可能导致很小或没有治疗效果。

虽然治疗窗口的原理早已为人所知，但一直没有安全实施的策略，限制了基因治疗在临床中的潜在应用。贝勒医学院(Baylor College of Medicine)的研究人员目前在《自然生物技术》(Nature Biotechnology)杂志上发表了一项研究，他们报告了一种有效调节基因表达的技术，有望填补基因治疗临床应用中的这一空白。

贝勒大学病理学和免疫学、分子和细胞生物学副教授、通讯作者Laising Yen博士说:“尽管在哺乳动物细胞中使用了几种基因调节系统，但没有一种被美国食品和药物管理局批准用于临床应用，主要是因为这些系统使用了一种对人体陌生的调节蛋白，这会引发对人体的免疫反应。这意味着表达治疗性蛋白质的细胞会受到攻击，被患者的免疫系统消灭或中和，使治疗无效。”

十多年来，Yen和他的同事们一直在研究这项技术，现在他们已经找到了一种解决方案，克服了临床应用中的主要障碍。“我们发现的解决方案不涉及会引起患者免疫反应的外源调节蛋白。相反，我们使用小分子与RNA相互作用，这通常不会引发免疫反应，”Yen说。其他组织也试图解决这一关键问题，但他们使用的药物浓度超出了FDA批准的患者用药浓度。我们能够以这种方式设计我们的系统，使其在fda批准的剂量下工作。”

一个根据提示开启或关闭基因的开关

Yen和他的同事们开发了一种系统，可以使用FDA批准剂量的小分子，根据提示将基因激活到不同的水平。开关被放置在RNA中，RNA是被翻译成蛋白质的遗传物质的副本。这种方法允许研究人员通过控制RNA来控制蛋白质的产生。

首先，目标RNA被设计成包含一个额外的polyA信号，类似于基因用来标记基因末端的“停止标志”。当细胞的机制检测到RNA中的polyA信号时，它会自动进行切割，并将切割点定义为RNA的末端。“在我们的系统中，我们使用添加的polyA信号，不是在RNA的末端，而是在RNA的开头，所以切割会破坏RNA，因此默认情况下不会产生蛋白质。它是关闭的，直到我们用小分子打开它，”Yen说。

为了在期望的水平上打开基因，研究小组设计了一个RNA开关。他们修改了polyA信号附近的RNA片段，这样它就可以与小分子结合，在这种情况下，是fda批准的四环素。Yen说:“当四环素结合到RNA上作为传感器的部分时，它掩盖了polyA信号，RNA现在将被翻译成蛋白质。”

想象一下现在可能的未来情况。病人接受了基因治疗，提供了一个基因来补偿导致疾病的基因故障。患者接受的基因有开关，允许医生控制治疗蛋白的生产。如果患者只需要少量的治疗性蛋白质，那么他/她只会服用小剂量的四环素，这只会少量地激活治疗性基因。如果病人需要更多的治疗性蛋白质，那么他/她会服用更多的四环素来促进生产。为了停止治疗蛋白的产生，病人停止服用四环素。在没有四环素的情况下，开关将回到默认的关闭位置。某些疾病可能受益于治疗性蛋白的持续低水平存在。在这种情况下，该技术可以灵活地将默认水平预先调整到特定的蛋白质表达水平，同时保留使用四环素拨号表达的选项。

“这种策略使我们能够更精确地控制治疗蛋白的基因表达。它使我们能够根据疾病的阶段或患者的特定需求调整其生产，所有这些都使用fda批准的四环素剂量，”Yen说。“我们的方法不是针对特定疾病的，理论上它可以用于调节任何蛋白质的表达，并且可能有许多治疗应用。”此外，该系统比现有技术更紧凑，更容易实现。因此，在实验室中，打开或关闭感兴趣的基因以研究其功能也非常有用。”

来自贝勒医学院的罗黎明、Jocelyn Duen-Ya Jea、Yan Wang和Chao Pei-Wen也参与了这项工作。