Аденоассоциированные вирусы (AAV) являются основным средством доставки терапевтического генного груза в клетки-мишени для генной терапии. Тем не менее, естественные AAV не нацелены конкретно на больные клетки и ткани, кроме того, они могут распознаваться и уничтожаться иммунной системой – это ограничивает эффективность терапии. Чтобы улучшить работу AAV, биологи использовали метод «направленной эволюции», при котором случайным образом производят мутации в строительных блоках капсидных белков, которые образуют оболочку вируса и непосредственно связываются с клетками-мишенями. Оценивая, какие изменения помогают нацелить вирус на ткани-мишени, и последовательно одна за другой накапливая мутации, исследователи пытаются улучшить необходимые характеристики AAV.
В настоящем исследовании ученые из Гарвардского института биологической инженерии и Гарвардской медицинской школы создали метод, позволяющий ускорить процесс создания усовершенствованных наружных оболочек (капсидов) AAV и разработать лучшую версию вирусов для генной терапии.
Белки капсида аденоассоциированного вируса наиболее изученного серотипа AAV-2.
Исследователи произвели мутации последовательно в каждой из 735 аминокислот в капсиде AAV2, включая все возможные замены кодонов, вставки и делеции в каждой позиции. Так была создана вирусная библиотека, содержащая около 200 000 вариантов мутаций. Исследователи идентифицировали изменения капсида, которые одновременно поддерживали жизнеспособность AAV2 и повышали его тропность («силу притяжения») к конкретным органам у мышей.
Для создания одной из самых полных на сегодняшний день капсидных библиотек AAV группа исследователей во главе с Джорджем Черчем и Эриком Келсиком использовала весь арсенал средств и методов синтетической биологии, включающий возможности синтеза, кодирования и секвенирования ДНК нового поколения. С помощью информации, содержащейся в данной библиотеке, они также смогли разработать капсиды с количеством мутаций, превышающим предыдущие естественные или синтетические варианты. Эффективность жизнеспособных капсидов намного превосходит таковую у AAV, созданных методами случайного мутагенеза.
Полученную библиотеку мутаций генов, кодирующих капсид AAV2, подвергали широкому фенотипическому анализу, включающему производство вирусов, иммунную реакцию организма-хозяина на них, термоустойчивость и биораспределение. Распределение созданных AAV-мутантов по основным органам у мышей выявило доминирующие тенденции, влияющие на доставку in vivo.
Случайно был обнаружен вспомогательный белок, скрытый в последовательности ДНК, кодирующей капсид, который связывается с мембраной клеток-мишеней. Этот связанный с мембраной вспомогательный белок (MAAP) существует во всех наиболее популярных серотипах AAV и участвует в естественном жизненном цикле вируса. Авторы считают, что понимание функций MAAP может дать начало будущим исследованиям и привести к усовершенствованию генной терапии с помощью AAV.
Статья P.J.Ogden et al. Comprehensive AAV capsid fitness landscape reveals a viral gene and enables machine-guided design опубликована в журнале Science.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Wyss Institute: Wyss Institute researchers demonstrate machine-guided engineering of AAV capsids for gene therapy.
