针对小鼠心脏病发作的基因疗法变得更加精确

针对小鼠心脏病发作的基因疗法变得更加精确
死后对小鼠心脏的检查清楚地显示,TREE基因增强子感知到损伤组织,并开始表达蓝色染色基因。增强子感知损伤,协调基因表达,然后停止修复。在心脏病发作前甚至发作后注射增强剂都是有效的。来源:杜克大学肯·波斯实验室

如果人类想要像蜥蜴和鱼那样让受损的组织再生,就需要在时间和地点上对基因表达进行精确控制,否则你可能会发现到处都是随机生长的细胞,或者一个新的身体部位永远不会停止生长。也就是说,停止这个过程和启动它一样重要。

杜克大学(Duke)的一组科学家研究了其他动物如何再生受损组织,朝着以这种精度控制至少一部分再生机制的方向迈出了重要一步。他们使用了斑马鱼用来修复心脏损伤的机制,并结合了用于治疗的病毒载体在人类身上。

在12月13日网上出现的一篇新论文中细胞干细胞,研究人员证明了控制基因活性的能力,将其限制在一个特定的区域在规定的时间内,而不是在整个器官中持续活动。

他们借用了一段鱼的DNA,他们称之为TREE,组织再生增强因子。TREEs是基因组中包含的基因增强子家族,负责感知损伤并协调与修复相关的活动在特定的地方进行重建。这些增强子还可以在愈合完成时关闭基因活动。这些调控因素已经在蠕虫、老鼠以及斑马鱼。

“我们可能也有,”肯·波斯博士说,他是杜克医学院詹姆斯·b·杜克再生生物学杰出教授,他发现了这一现象在斑马鱼身上进行了再生研究。“但我们更容易在斑马鱼中找到它们,并研究它们是否在哺乳动物中起作用。”

大约1000个核苷酸长,这些增强子序列布满了不同因素和刺激的识别位点,以附着和改变基因活性。Poss说:“我们不完全理解他们是如何做到这一点的,他们真正的反应是什么。”

Poss说,动物体内不同类型的细胞也有不同类型的这些增强子。“其中一些在多个组织中都有反应——这些就是我们在这里使用的组织。但是当我们分析再生的时候或者鱼的鳍,我们得到了不同的序列。”他补充说,在人类基因组中可能有成千上万种这种类型的增强子。

作为这项为期6年研究项目的第一步,研究人员将几种不同种类的斑马鱼tree整合到胚胎小鼠的基因组中。用可见的记号笔表示他们发现,在转基因哺乳动物中,约有一半的增强子能按预期工作,并在感知到组织损伤时将组织变为蓝色。

然后,他们想知道是否可以使用腺相关病毒(一种常见的基因治疗工具,用于将基因序列引入细胞)选择性地将增强子元件合并到成年小鼠中。该病毒将含有增强子的DNA引入所有组织,但希望树木只在对损伤做出反应时才会活跃起来。

一系列的实验小鼠模型显示,含有TREE的病毒可以在受伤前一周被注入,然后增强子在检测到受伤时就会开始行动。但他们发现,在心脏病发作后一两天给动物注射这种药物也有效。Poss说:“我们测试的所有三种TREEs如果在受伤后一天或更长时间内交付,它们仍然可以针对受伤进行表达。”

“这种传递TREE和基因的方法能让我们在正确的时间把分子货物送到正确的地方吗?”我们发现它在老鼠身上确实如此。”Poss说。

他们还在猪体内注入了TREE和荧光标记基因,猪的心脏更大,心率更接近人类。他们在猪心脏病发作前或发作后通过冠状动脉将病毒注入猪心脏,同样,标记物只在受伤部位发光。

然后,为了看看这个系统是否真的可以修复损伤,而不仅仅是感知损伤并打开一个照亮组织的基因,他们提供了一种过度激活的YAP,一种与癌症有关的强大的组织生长基因。关键问题是,这种能让细胞分裂失控的“真正有力的锤子”,能否只在正确的时间和地点发挥作用。

他们使用了一种由一棵树控制的突变YAP,以观察他们是否能在心脏病发作后在老鼠身上安全生长肌肉。Poss说:“这棵树在受伤部位启动了一个突变的YAP数周,然后它自然地关闭了表达。”治疗导致肌肉细胞开始分裂,几周后,老鼠的心脏恢复到接近正常的功能,尽管也有一些疤痕。

Poss说:“你真的不想全力表达YAP,这可能会导致过度生长等问题,但我们发现,我们可以指导它。”Poss说:“整个动物都接受了基因治疗,但YAP只在你的心脏受伤时以可测量的水平表达。”“我们认为我们可以用这些方法在特定的时间和空间控制基因,包括关闭它们。”

研究人员的下一个任务将是更好地了解什么分子与增强子结合,什么控制它们的功能,以及它们在大脑中的位置除了提高他们的瞄准能力之外。

Poss说道:“这些控制元素才是最重要的。“斑马鱼的基因在很大程度上与我们相同,但它们再生心脏的能力取决于它们在严重受伤后如何控制这些基因。”

“那么其他伤害模型呢?”彼得·辛格奇迹。“这对创伤性脑损伤或脊髓损伤有效吗?”

更多信息:Kenneth D. Poss,基于增强子的基因治疗策略,用于组织修复过程中货物的时空控制,细胞干细胞(2022)。DOI: 10.1016 / j.stem.2022.11.012www.cell.com/cell-stem-cell/fu…1934-5909(22)00459-3
期刊信息: 细胞干细胞

所提供的杜克大学
引用:小鼠心脏病发作的基因治疗刚刚变得更加精确(2022,12月13日),检索自2022年12月17日//www.pyrotek-europe.com/news/2022-12-gene-therapy-heart-mice-precise.html
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