利用 TALEN® 技术,我们开发了一种基因编辑过程,通过同源性定向修复在造血干细胞和祖细胞 (HSPC) 中实现高效的基因校正和基因插入。我们首先评估了非病毒线性单链 DNA (LssDNA) 供体模板递送策略与更常用的病毒 (AAV) 递送的潜力。这两种策略均导致基因在体外插入 HSPC。然后,我们比较了 LssDNA 与环化单链 DNA (CssDNA) 的使用情况。我们发现环化显著提高了敲入 (KI) 效率,相对于其线性对应物。有趣的是,KI 的这种增加分别与环状和线性 ssDNA 编辑细胞中更高的存活率和更低的敲除 (KO) 相关。总体而言,我们表明,与 TALEN® 基因编辑相关的非病毒 ssDNA 传递可在长期重新植入的造血干细胞中实现高水平的基因校正。ssDNA 的环化有可能进一步提高 KI 的速率,而不会影响细胞活力和适应性,从而促进下一代细胞疗法的发展。
基因编辑的造血茎和祖细胞(HSPC)的自体移植可以在不久的将来作为选择的多种遗传疾病(包括溶酶体储存疾病(LSD))的选择。HSPC的传统基因治疗方法基于慢病毒载体对转基因的整合,而最近靶向的盒式磁带的整合通常由设计器核酸酶支持。无论哪种情况,转基因的表达通常都由外源无处不在的启动子维持,该启动子可能会改变或失调周围的原始癌基因和/或肿瘤抑制器的表达。此外,普遍存在的启动子在干细胞水平上诱导所需转基因的表达,这可能会影响其功能性,因为已建议将半乳糖脑脑苷酶(Krabbe)或葡萄糖脑苷酶(Gaucher)的过表达表达。,我们基于将剪接功能的盒式集成到谱系特异性基因座的内含子中的集成基于HSPCS的新型基因编辑系统。这种方法旨在防止转基因在干细胞水平上的表达,仅在细胞分化后触发转基因表达。作为概念证明,我们编辑了CD11b在HSPC中的内含子,并诱导转基因(用于治疗I型I型的GFP或IDUA)在体外分化和体内髓细胞塑料插入后的髓样含量I型)中的髓样特异性表达。我们证明了这种方法对CD20和CD4基因的可运输能力。
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预印本(未通过同行评审认证)是作者/资助者。保留所有权利。未经许可就不允许重复使用。该版本的版权持有人于2023年12月13日发布。 https://doi.org/10.1101/2023.12.13.571396 doi:Biorxiv Preprint
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间充质基质细胞 (MSC) 已用于体外支持造血干细胞和祖细胞 (HSPC) 扩增和体内促进 HSPC 植入。基于这些研究,我们开发了一种基于 MSC 的共培养系统,以优化成簇的规则间隔短回文重复序列 (CRISPR)-Cas9 基因编辑 (GE) 人类 HSPC 的移植结果。我们表明,骨髓 (BM)-MSC 产生多种造血支持和抗炎因子,能够缓解增殖停滞并减轻 GE-HSPC 中激活的凋亡和炎症程序,从而提高其体外扩增和克隆形成潜力。使用 BM-MSC 可实现更佳的人体植入,并增加 GE-HSPC 的克隆产量,从而促进移植小鼠外周血的早期血液重建。总之,我们的工作为 BM-MSC 的新临床应用提供了生物学基础,以促进 GE-HSPC 的植入并改善其移植结果。
蛋白质。我们在此报告了通过同源定向修复在患者造血干细胞/祖细胞 (HSPC) 中进行基因校正,使用 CRISPR/Cas9 将腺相关病毒供体的 CYBB 外显子 1-13 或 2-13 cDNA 靶向插入内源性 CYBB 外显子 1 或外显子 2 位点。外显子 1-13 cDNA 的靶向插入不会恢复生理 gp91 phox 水平,这与 CYBB 表达对内含子 1 的要求一致。然而,外显子 2-13 cDNA 的插入完全恢复了吞噬细胞分化时 gp91 phox 和 ROS 的产生。添加土拨鼠肝炎病毒转录后调控元件不会进一步增强外显子 2-13 校正细胞中的 gp91 phox 表达,表明保留内含子 1 足以实现最佳 CYBB 表达。使用 i53 mRNA 暂时抑制非同源末端连接,靶向校正增加了约 1.5 倍。在 NSG 小鼠中植入后,校正后的 HSPC 产生了吞噬细胞,并恢复了 gp91 phox 和 ROS 的产生。我们的研究结果证明了