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

在最新发表于《细胞》杂志上的一项研究中，中国科学院动物研究所和周琪领导的研究团队开发出了一种基于逆转录转座子的创新基因写入技术，该成果实现了人类细胞中全RNA介导的靶向基因整合。

高效、精确地整合基因大小的 DNA 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，可以使用非病载体有效递送，并且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可移动元件，利用 RNA 中间体特异性整合到宿主 28S rDNA 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。研究人员通过多种工程方法，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载体脂质纳米颗粒(LNP)递送，在人类肝细胞中可实现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28S rDNA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，”该研究的通讯作者说。

李教授表示：“我们甚至可以利用LNP来传递基因编写工具，直接在体内制造CAR-T细胞来治疗癌症。这可以让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。”

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