哈佛大学开发具有更高的生产效率和递送效率病毒颗粒

关键词：

来源：

Nature Biotechnology

来源地址：

https://www.nature.com/articles/s41587-024-02467-x

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：

2024-11-13

摘要：

2024年 11 月 13 日，美国哈佛大学刘如谦、Aditya Raguram共同通讯在Nature Biotechnology（IF=33）在线发表题为 “Directed evolution of engineered virus-like particles with improved production and transduction efficiencies” 的研究论文。该研究报告了一个用于eVLP实验室进化的系统，该系统能够发现具有改进特性的eVLPs变体。该系统使用装载在无DNAa eVLPs包装货物中的条形码向导RNAs来唯一标记库中的每个eVLPs变体，从而能够在选择所需属性后识别所需变体。将该系统应用于突变和选择具有改进的eVLPs生产性能或人类细胞转导效率的eVLP衣壳。通过结合有益的衣壳突变，开发了第五代（v5）eVLPs，与之前最好的v4 eVLPs相比，它在培养的哺乳动物细胞传递能力提高了2-4倍。对v5 eVLPs的分析表明，这些衣壳突变优化了所需核糖核蛋白货物的包装和递送，而不是天然病毒基因组，并大大改变了eVLP衣壳结构。这些发现表明，条形码eVLP进化有可能支持改进eVLP的发展。安全有效地将大分子输送到培养（体外）和体内（体内）相关细胞群的能力是许多新兴治疗方式的要求。例如，当前的基因编辑技术常常受到将基因编辑剂输送到体内和体外相关细胞类型的挑战的限制。包括临床试验在内，腺相关病毒（AAV）等病毒载体已被用于将基因编辑剂输送到体内的几种组织中。然而，AAV的递送受到“货物”大小限制，不需要的DNA货物整合到转导细胞基因组的可能性以及基因编辑剂在转导细胞中的长时间表达的限制，这增加了脱靶编辑的风险。一些非病毒传递方法，包括脂质纳米颗粒（LNPs），通过瞬时传递编辑器编码的mRNA而不是DNA，减少了脱靶编辑；然而，尽管最近取得了令人鼓舞的进展，但使用LNP递送在肝外组织中实现治疗性基因编辑仍然具有挑战性。最近，已有研究探索了使用病毒样颗粒（VLPs）作为载体，在体外或体内将基因编辑剂输送到细胞中。VLPs由病毒支架组成，用于包装和递送货物蛋白、核糖核蛋白（RNPs）或mRNAs，而不是编码货物的病毒基因组。因此，VLP传递提供了病毒传递方法的高效转导和组织趋向性，具有瞬时货物表达和减少非病毒传递方法的脱靶编辑，是基因编辑应用的理想组合。研究人员最近开发了工程化的VLPs(eVLPs)，可以在细胞培养和小鼠肝脏和视网膜中高效地传递蛋白质和进行基因编辑。在eVLPs中，所需的货物蛋白与逆转录病毒Gag（衣壳）蛋白融合，当货物在产生细胞中形成时，将其定位为病毒颗粒。Gag-cargo连接体包含一个序列，该序列经过精心设计，在颗粒形成后由共包装的逆转录病毒蛋白酶以精心调整的速率进行切割，从而将颗粒内的货物释放到转导的细胞中。此外，eVLPs的细胞类型特异性由用于假型颗粒的包膜糖蛋白决定。该研究开发了一个定向进化系统，在该系统中，每个eVLP变体都将装载有向导RNAs的RNPs打包，该向导RNAs包含唯一标识特定eVLP变体的条形码序列。在应用特定属性的选择后，通过对幸存的条形码向导RNAs进行测序来鉴定所需的eVLP变体。利用该系统，生成了一个eVLP衣壳突变体库，并进行了选择，以确定支持从生产细胞中提高eVLP产量或改善目标细胞eVLP转导的衣壳突变体。通过结合有益的衣壳突变，开发了v5 VLPs，与之前最好的v4 VLPs相比，它具有增加的RNP包装，改善的货物释放，独特的衣壳结构组成和2-4倍的体外递送效力。v5 eVLP的一个关键衣壳突变消除了一种相互作用，这种相互作用对于在野生型病毒中包装病毒基因组至关重要，但在缺乏病毒基因组的RNP-包装eVLP中却不需要，这突出了突变和明确选择eVLP衣壳来包装非天然RNP货物而不是病毒基因组的好处。该研究结果为改进性能的eVLPs的发展奠定了基础。