使用CRISPR-Cas系統(tǒng)進(jìn)行基因組編輯是治療遺傳疾病的一個(gè)有前途的途徑。然而，源于細(xì)菌的基因組編輯工具的細(xì)胞和體液免疫原性使其臨床應(yīng)用復(fù)雜化。

近日，麻省理工學(xué)院張鋒團(tuán)隊(duì)在Nature Communications上在線發(fā)表題為“Rational engineering of minimally immunogenic nucleases for gene therapy”的研究論文。該研究報(bào)道了兩種臨床相關(guān)核酸酶SaCas9和AsCas12a的免疫原性降低(Red)(I)-變體。

研究人員通過(guò)MHC相關(guān)肽蛋白質(zhì)組學(xué)(MAPPs)分析，確定了每種核酸酶上推定的免疫原性表位。使用計(jì)算建模，合理地設(shè)計(jì)這些蛋白質(zhì)來(lái)逃避免疫反應(yīng)。SaCas9和AsCas12a Redi變體基本上不被適應(yīng)性免疫成分識(shí)別，包括降低對(duì)MHC分子的結(jié)合親和力和減弱細(xì)胞毒性T細(xì)胞反應(yīng)的產(chǎn)生，但仍保持野生型水平的活性和特異性。用SaCas9.Redi.1體內(nèi)編輯PCSK9在效率上與野生型SaCas9相當(dāng)，但顯著降低了不期望的免疫反應(yīng)。這證明了這種方法在工程蛋白質(zhì)中逃避免疫檢測(cè)的效用。

首個(gè)基于CRISPR的基因組編輯療法最近獲得批準(zhǔn)用于臨床，目前還有更多療法正在臨床測(cè)試，以治療各種遺傳疾病，包括視網(wǎng)膜營(yíng)養(yǎng)不良、血友病、溶酶體貯積癥和某些類型的癌癥。這些強(qiáng)大的療法由Cas核酸酶和向?qū)NA (gRNA)組成，指導(dǎo)RNA指示要編輯的靶位點(diǎn)。迄今為止，大多數(shù)基于CRISPR的治療依賴于三種Cas核酸酶中的一種:化膿性鏈球菌Cas9 (SpCas9)、金黃色葡萄球菌Cas9 (SaCas9)和酸氨球菌屬Cas 12a(AsCas12a)。在這三種中，SaCas9和AsCas12a是大多數(shù)體內(nèi)治療策略的焦點(diǎn)，因?yàn)樗鼈兊拇笮≡试S它們被包裝到腺相關(guān)病毒(AAV)載體中，這是體內(nèi)基因治療的主要遞送方式。

除了這些工具的有效遞送之外，其體內(nèi)使用的第二個(gè)挑戰(zhàn)是其潛在的免疫原性，特別是由于其細(xì)菌來(lái)源，因?yàn)樵S多患者已經(jīng)存在對(duì)微生物來(lái)源分子的暴露和免疫反應(yīng)。據(jù)報(bào)道，80%的健康個(gè)體同時(shí)具有由抗體介導(dǎo)的體液免疫和由T細(xì)胞介導(dǎo)的針對(duì)來(lái)自金黃色葡萄球菌和化膿性鏈球菌的蛋白質(zhì)的細(xì)胞免疫。這種預(yù)先存在的免疫也延伸到Cas核酸酶:來(lái)自健康人供體的血液分析顯示，78%的人已經(jīng)轉(zhuǎn)換到針對(duì)SaCas9的免疫球蛋白(IgG)抗體，58%的人具有針對(duì)SpCas9的抗體，并且所有針對(duì)Cas9的細(xì)胞免疫陽(yáng)性的供體也具有抗體活性，這表明適應(yīng)性免疫和體液免疫之間的高度一致性。

SaCas9和AsCas12a降低免疫原性(Redi)變體保留活性和特異性（圖源自Nature Communications）

為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，研究人員對(duì)SaCas9和AsCas12a進(jìn)行了分析，以確定推定的免疫原性表位，然后通過(guò)計(jì)算設(shè)計(jì)這兩種核酸酶的變體，預(yù)測(cè)它們可以逃避免疫檢測(cè)。該研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這些變體，表明它們?cè)隗w外消除了CD8+T細(xì)胞反應(yīng)性，同時(shí)保留了核酸酶活性和特異性的天然水平。此外，在免疫活性MHC I/II類人源化小鼠模型中，證明了與野生型核酸酶相比，SaCas9變體有效地減少了體液和細(xì)胞免疫反應(yīng)。這些結(jié)果為工程治療蛋白提供了一個(gè)框架，以降低免疫原性，并為開(kāi)發(fā)更安全的基于CRISPR的療法提供了一個(gè)起點(diǎn)。

參考消息：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-55522-1