新型基因书写技术可实现人类细胞中全RNA介导的靶向基因整合

在最近发表于《细胞》杂志上的一项研究中，中国科学院动物研究所李伟和周琪领导的研究团队开发了一种基于逆转录转座子的创新基因编写技术。该成果实现了人类细胞中全RNA介导的靶向基因整合。

基因大小的DNA的有效和精确整合仍然是基因组工程的一大挑战。当前的技术主要依靠DNA模板作为基因整合的供体。然而，DNA供体在实际生物医学应用中面临许多挑战，例如高免疫原性、体内递送困难以及随机整合到基因组中的风险。

另一方面，RNA供体与外源DNA供体相比具有较低的免疫原性，可以使用非病毒载体有效递送，并在细胞中快速降解而没有随机整合的风险——从而解决了与DNA供体相关的许多挑战。然而，目前很少有技术能够利用RNA供体在人类细胞中实现基因大小的DNA靶向整合。

R2逆转录转座子是一种移动元件，利用RNA中间体特异性整合到宿主28SrDNA基因组位点中。人类基因组中存在219个该位点的拷贝，远离蛋白质编码基因，使其成为适合基因整合的“安全港”。尽管R2逆转录转座子在20世纪80年代被发现，但它在将大片段基因整合到人类细胞中的潜在用途尚未得到充分探索。

本研究通过系统分析和筛选，发现源自禽类基因组的R2Tg系统在人类细胞中具有活性，但效率较低。研究人员利用多种工程方法，创建了R2Tg的优化版本en-R2Tg。

en-R2Tg基因写入工具通过临床使用的非病毒载体脂质纳米颗粒(LNP)进行传递，在人肝细胞中可实现25%的基因整合效率，在小鼠胚胎中可实现60%以上的位点特异性基因整合效率。

此外，en-R2Tg系统在28SrDNA安全港位点表现出较高的基因整合特异性。这有助于最大限度地降低逆转录病毒等技术产生的随机基因整合引起的突变风险。

总之，本研究开发了一种基于天然存在的R2逆转录转座子的全RNA介导的、高效、精确的基因写入技术。

“这项技术为新型基因疗法的开发打开了一扇大门。当涉及到与疾病相关的基因时，可能有许多不同的突变导致同一种疾病。我们的技术提供了一种更通用的方法，我们可以将正常基因直接整合到基因组中以恢复功能，而不管突变的类型如何，”该研究的通讯作者李伟说。

“我们甚至可以使用LNP来传递我们的基因编写工具，并直接在体内制造CAR-T细胞来治疗癌症。这可以使整个过程变得像接种疫苗一样简单。我们对这项新技术未来进一步开发和应用的潜力感到兴奋，”李说。