表观遗传编辑器CHARMs朊病毒疾病

一种新的表观遗传编辑工具有望成为治疗朊病毒病的良药。沉默朊病毒蛋白(PrP)的方法既具有特异性，又能通过表观遗传沉默剂(偶联组蛋白尾自抑制甲基转移酶释放，简称CHARM)导致PrP的广泛抑制表达。

怀特黑德研究所和布罗德研究所研究人员合作的研究成果发表在《科学》杂志上，题为“通过AAV介导的工程紧凑表观遗传编辑器实现全脑范围的朊病毒蛋白沉默”。

布罗德研究所高级小组组长索尼娅·瓦拉巴博士表示：“从一开始，合作的精神就是不等待正式程序。当我们意识到彼此都对这项工作充满热情时，一切就开始了。”

该联合团队由瓦拉巴和怀特黑德研究所核心成员乔纳森·韦斯曼博士领导，他们结合各自实验室的专业知识，开发出一种针对朊病毒疾病的新方法。虽然疯牛病是一种广为人知的传染性朊病毒疾病，但也有遗传性朊病毒疾病。在这两种情况下，错误折叠的朊病毒蛋白都会引发大脑中一系列错误折叠事件，导致神经退化和神经元死亡。在瓦拉巴本人目前没有症状的遗传性朊病毒疾病中，PrP的错误折叠会导致严重的痴呆和失眠，最终导致受影响的个体(人类或其他生物)死亡。

目前的治疗方法是针对蛋白质本身，但Vallabh、Weissman和他们的团队努力在策略和细胞蛋白质生产过程中退一步，以针对蛋白质前体。CHARM在表观遗传层面上起作用，以沉默PrP基因，这样最终可能成为朊病毒的蛋白质就不会产生。

该项目由怀特黑德研究所研究生EdwinNeumann和Weissman实验室博士后TessaBertozzi博士领导。该实验室之前曾开发出使用CRISPRoff工具沉默特定基因的技术。CRISPRoff通过在特定靶基因上添加甲基来阻止转录。基因本身未经编辑，但其功能受到抑制。

下一个需要克服的障碍是将CRISPRoff递送到大脑中。CRISPRoff最初设计为使用Cas9，但腺相关病毒(AAV)的使用受到Cas9大小的限制。该团队用较小的锌指蛋白(ZFP)取代了Cas9，以靶向正确的基因。额外的好处是，与细菌衍生的Cas9相比，ZFP在人类中不太可能引起免疫反应，并减轻了之前Cas9系统出现的脱靶效应。

该系统的另一项创新是利用细胞自身的甲基化机制。最初，该技术涉及加入部分甲基转移酶，但该团队发现，通过使用细胞自身的酶DNMT3A，他们可以降低细胞毒性并进一步减少AAV的内容负荷。

“从毒性和大小的角度来看，利用细胞已有的机制是合理的;这是一个更简单、更优雅的解决方案，”诺伊曼说。“细胞一直在使用甲基转移酶，我们基本上只是诱使它们关闭一个它们通常会打开的基因。”

他们使用小鼠模型测试了ZFP引导的CHARM，发现大脑中超过80%的朊病毒被清除。先前的研究表明，朊病毒减少量要小得多(大约21%)，就能改善患者的症状。错误折叠之前的PrP减少也并不是什么大问题。目前的研究表明，这些蛋白质对健康成年人来说并不是必需的，因此去除它们不会对无症状的人造成不良影响。相反，去除朊病毒可能会阻止症状进展或防止无症状遗传携带者出现症状。

有了CHARM，就有可能为治疗朊病毒疾病提供一种安全、高效且有效的治疗和预防疗法。在很短的时间内，这种合作就产生了一种适应性强的工具，通过适当的测试和可扩展性试验，它可能会作为一种可行的治疗选择进入临床。Bertozzi评论道：“我很荣幸能参与其中;在这么短的时间内从基础研究转向治疗应用是非常罕见的。”