中科院上海药物所利用AAV递送RNA编辑工具治疗MDS

关键词：

来源：

Nature Neuroscience

来源地址：

https://www.nature.com/articles/s41593-024-01838-6

资源所属：

农业生物技术专题

类型：

学术文献

语种：

英语

原文发布日期：

2024-12-12

摘要：

2024年12月12日，辉大基因/中国科学院上海药物所杨辉团队及临港实验室胥春龙在Nature Neuroscience发表题为An RNA editing strategy rescues gene duplication in a mouse model of MECP2 duplication syndrome and nonhuman primates 的研究论文。该研究通过单次侧脑室注射方式，使用单个腺相关病毒 (AAV) 载体递送辉大基因专有的高保真、高活性的RNA编辑工具hfCas13Y及MECP2基因的引导RNA (gRNA)，在MDS小鼠模型和野生食蟹猴模型中实现了大脑内hfCas13Y和MECP2 gRNA的稳定、持久表达。同时大脑MECP2基因的表达被敲低至生理性可接受的水平，显著改善了人源化MDS小鼠的运动功能、焦虑抑郁样行为、学习和记忆能力、社交功能，并延长了生存时间。这一研究为后续临床试验提供了坚实的科学基础。目前，临床试验已正式启动（NCT06615206）。本研究旨在筛选高效且特异的RNA编辑工具和gRNA以高效敲低MECP2。研究人员基于辉大基因自主研发的AI驱动 HG-PRECISE®平台，通过体外细胞实验中筛选出高保真、高活性的RNA编辑工具——hfCas13Y。随后，在细胞系中针对人、猴、小鼠MECP2 mRNA的保守同源区域筛选出的gRNA，该gRNA可将MECP2 mRNA水平降低至90%以上，且未观察到明显的脱靶效应。为评估hfCas13Y-gMECP2对携带人源MECP2基因的MDS转基因小鼠模型（下称MDS小鼠）的治疗效果，研究人员将hfCas13Y-gMECP2装载到单个AAV载体中，并通过侧脑室注射，将不同剂量的AAV递送到新生的雄性MDS小鼠脑内。给药4周后，MDS小鼠大脑皮层、纹状体和海马组织中的MECP2 mRNA和蛋白水平均显著敲低。最高剂量下AAV将MECP2表达水平敲低至接近野生小鼠水平。免疫荧光染色和单细胞RNA测序结果进一步显示，在单个神经元水平上，最高剂量的AAV将大脑皮层中的MECP2表达敲低至野生小鼠Mecp2表达水平的35-75%，达到有效治疗MDS且避免引发Rett综合征 (RTT) 的最佳范围。大脑皮层的RNA测序结果表明，给药4周和48周后，MDS小鼠大脑皮层中异常基因表达模式恢复至与野生小鼠相似。行为学评估显示，注射AAV 8周后，MDS小鼠的运动功能、焦虑抑郁样行为、社交行为及学习和记忆能力恢复至野生小鼠水平，并持续至26周。最高剂量下治疗后的MDS小鼠的生存时间显著延长。长期安全性评估证实，该剂量在MDS小鼠中未表现出安全性风险。此外， AAV-hfCas13Y-gMECP2在成年MDS小鼠中也表现出显著的疗效。最后为了验证AAV-hfCas13Y-gMECP2在降低食蟹猴大脑中MECP2表达水平的有效性，研究人员通过侧脑室注射的方式，将不同剂量的AAV-hfCas13Y-gMECP2递送到成年雄性食蟹猴大脑中。注射6-8周后，结果显示hfCas13Y在整个大脑中广泛分布，并呈现剂量依赖性。同时，不同剂量组的食蟹猴大脑中MECP2 mRNA的平均表达水平显示出下降低趋势，尤其在高剂量AAV给药组中，野生食蟹猴大脑内的MECP2 mRNA和蛋白表达均显著下降。以上结果表明，AAV-hfCas13Y-gMECP2能够有效降低非人灵长类动物大脑内的MECP2水平。此外，研究还检测了与MECP2下游调控相关的分子GDF11在高剂量AAV治疗后的变化。GDF11是一种潜在的MDS疾病生物标记物，在MDS中其表达水平升高，而在RTT中则降低。在本研究中，研究人员检测量了食蟹猴脑脊液中GDF11蛋白含量，发现高剂量AAV给药后，不同时间点脑脊液中GDF11蛋白水平均有所降低。这进一步支持了AAV-hfCas13Y-gMECP2在调节与MECP2相关的分子通路方面的潜力，并为其治疗MDS提供了更为广泛的机制基础。