在向基因疗法迈进的可能步骤中 研究人员让老鼠像萤火虫一样发光

Waymouth实验室的博士后研究员Timothy Blake在一项奇妙的跨学科实验中努力工作。他和他的研究人员正在精炼化合物，这些化合物将携带组装蛋白质的说明，使萤火虫点亮并将它们输送到麻醉小鼠的细胞中。如果他们的技术有效，鼠标会在黑暗中发光。鼠标不仅发光，而且后来也醒了过来，完全没有意识到刚刚发生在身体内的一系列复杂事件。布莱克说这是他一生中最激动人心的一天。

这一成功是美国国家科学院院刊最近一篇论文的主题，标志着基因治疗向前迈出了重要一步。将这些称为信使RNA(mRNA)的蛋白质指令物理地放入细胞中是很困难的。这是细胞实际使用它们制造蛋白质的另一个障碍。如果该技术在人体中起作用，它可以提供将治疗性蛋白质插入患病细胞的新方法。

“这对我们来说几乎是一种孩子般的热情，”化学教授Robert Waymouth说。“将昆虫蛋白质的代码放入动物体内，蛋白质不仅在细胞中合成，而且还折叠起来，变得功能齐全，能发光。”

虽然结果令人印象深刻，但这种技术非常简单快捷。与传统的基因疗法不同，永久改变细胞的基因组成，mRNA是短暂的，其影响是暂时的。mRNA传递的瞬时性质开辟了特殊的机会，例如使用这些化合物进行疫苗接种或癌症免疫疗法。

制作蛋白质

基因疗法是一个已有数十年历史的研究领域，通常专注于修饰基因遗传密码DNA。然后该修饰的DNA产生修饰的mRNA，其指导修饰的蛋白质的产生。目前的工作是跳过DNA，而只是传递蛋白质的指令。

以前的工作已经成功地提供了一种不同形式的RNA - 称为短干扰RNA或siRNA - 但是通过细胞膜发送mRNA 是一个更大的问题。虽然siRNA和mRNA都有许多负电荷 - 所谓的聚阴离子 - mRNA带负电荷的次数要多得多，因此更难以潜入带正电荷的细胞膜。

研究人员需要的是一种带正电荷的输送方法 - 聚阳离子 - 来复合，保护和穿梭聚阴离子。然而，仅这一点只能确保mRNA通过细胞膜。一旦进入，mRNA就需要从转运蛋白化合物中分离出来以制造蛋白质。

研究人员通过一种新颖的，看似简单的创造来解决这一双重挑战，他们称之为改变电荷的可释放转运蛋白(CART)。

“这种聚阳离子方法与其他聚合方法的区别往往是失败，其他方法不会从聚阳离子转变为其他任何方式，”该论文的共同作者，化学教授保罗文德说。“然而，我们正在合作的那些将从聚阳离子变为中性小分子。这种机制真的是前所未有的。”

作为从聚阳离子到多中性的变化的一部分，CART生物降解并最终从体内排出。

合作的力量

这项研究是通过化学家和活体动物成像分子专家之间的协调而实现的，这些动物很少直接合作。通过这种合作关系，化合物的合成，表征和测试可能只需要一周时间。

“我们很幸运能够参与化学与我们的临床同事之间的这种合作项目。它让我们看到我们的化合物从非常基本的构建块 - 从我们在一瓶中购买的化学品 - 到放置萤火虫基因小鼠，“文德实验室的研究生，该研究的共同主要作者科林麦金莱说。

这种增强的测试和重新测试新分子的能力不仅可以发现它们的电荷改变行为，而且可以快速优化其性质和应用。随着未来出现不同的挑战，研究人员相信他们将能够以相同的快速灵活性做出回应。

在证明CART可以向实验室培养皿中的细胞提供发光的水母蛋白后，该小组想要了解它们是否在活老鼠身上发挥作用，这是通过Contag实验室的专业知识实现的，该实验室由Christopher Contag教授执行。儿科学，微生物学和免疫学。多学科团队共同表明，CART可以有效地提供在大腿肌肉或脾脏和肝脏中产生发光蛋白质的mRNA，具体取决于注射的位置。

前途光明

研究人员表示，CART可以在几个方向上大大推动基因治疗领域的发展。

“基因疗法被认为是一颗银弹，因为你可以选择任何你想要的基因的想法是如此诱人，”该研究的共同主要作者杰西卡·巴尔加斯说，他是文德实验室的博士生。研究。“对于mRNA，存在更多限制，因为蛋白质表达是短暂的，但这开启了其他不使用其他类型基因疗法的应用。”

该技术的一个特别合适的应用是疫苗接种。目前，疫苗需要将部分病毒或无活性病毒引入体内以引发免疫应答。CART可能会切断中间人，直接指导身体产生自己的抗原。一旦CART溶解，免疫力仍然没有任何剩余的异物存在。

该团队还在努力将他们的技术应用于另一种可产生永久性效应的遗传信使，使其成为临时mRNA疗法的补充选择。随着使用mRNA及其正在进行的研究的潜力所取得的进展，他们和其他人可以比以往更接近使用人自己的细胞制作个体化疗法。“在老鼠身上制造萤火虫蛋白质是惊人的，但更重要的是，这项研究是医学新时代的一部分，”温德说。