一种小到足以输送到大脑的分子编辑工具可以阻止导致朊病毒病的蛋白质产生，朊病毒病是一种罕见但致命的神经退行性疾病。

该系统被称为“用于自动释放甲基转移酶的耦合组蛋白尾（CHARM）”，它改变了“表观基因组”，即与 DNA 结合的化学标签的集合，影响基因活性。在小鼠身上，CHARM 沉默了产生有害蛋白质的基因，这些蛋白质会导致大脑中大多数神经元的朊病毒疾病，但不改变基因序列。

费城宾夕法尼亚大学的生物工程师 Madelynn Whittaker 表示，CHARM 是开发安全有效的“一次性治疗”以降低致病蛋白质水平的第一步。结果今天公布科学 1发表。

“该系统解决了以前的表观遗传编辑系统面临的重大挑战，”惠特克说， 观点文章 在科学共同创作。她补充说，其中包括降低编辑工具的毒性并将其传递到细胞而不影响其有效性。

朊病毒疾病是由错误折叠的朊病毒蛋白 (PrP) 引起的，这些蛋白会聚集在一起并破坏神经元。这可能会导致致命的家族性失眠综合症等疾病，这是一种罕见的遗传性疾病，会阻止人们入睡并导致死亡。尽管朊病毒病无法治愈，但反义寡核苷酸（ASO）药物已经显示出一些有希望的结果。这些短的单链分子与有缺陷的信使 RNA 序列结合并增加或减少蛋白质表达。先前对感染 PrP 错误折叠版本的小鼠的研究表明，ASO 会降低这些蛋白质的表达并延长寿命 2。但惠特克说，这些药物需要多次注射才能达到长期治疗效果，并且可能导致肝损伤等副作用。

2021 年，剑桥麻省理工学院生物化学家 Jonathan Weissman 和他的团队开发了 CRISPRoff 3– 一种编辑工具，可在 DNA 链上添加称为甲基的化学标签，从而在不改变基因组的情况下降低基因活性。但该工具无法传递到脑细胞，因为它的遗传成分太大，无法融入腺相关病毒（AAV）——一种将基因疗法传递到细胞中的常见载体。 “真正的挑战是交付，”韦斯曼说。

新编辑器

为了解决这个问题，Weissman 和他的团队开发了 CHARM，它使用称为锌指蛋白的分子来引导自身定位目标基因。这些蛋白质足够小，可以在 AAV 载体中传递。

研究人员修改了 CHARM，以招募和激活 DNA 甲基转移酶的成分，这些分子存在于细胞中，可将甲基基团附着在 DNA 上，从而导致基因表达发生变化。韦斯曼说，这减少了与从细胞外部添加分子相关的毒性作用。 “我们在细胞中唯一改变的是它表达朊病毒蛋白的能力，”他说。

当研究人员将 CHARM 注射到健康小鼠的大脑中时，他们发现整个大脑的 PrP 表达降低了 80% 以上，远高于治疗效果所需的最低水平。 Weissman 和他的团队还设计了 CHARM，使其在完成其静默工作后关闭，以防止其自我复制，从而导致有害的副作用。

CHARM 背后的团队包括 Sonia Vallabh 和她的丈夫 Eric Vallabh Minikel，他们是麻省理工学院布罗德研究所和剑桥哈佛大学的朊病毒科学家。瓦拉巴继承了致命的家族性失眠综合症背后的突变，十二年前，瓦拉巴和米尼克尔转行研究这种疾病的治疗方法。瓦拉巴表示，CHARM 给她带来了“巨大的信心”。她补充说，药物开发通常很慢，但这项工作表明，通过合适的团队可以多快地开发出新方法。 “在短时间内取得的成就令人难以置信，”瓦拉巴说。 “就在两年零一个月前，我们第一次向乔纳森提出了合作的想法，现在我们就到了这里。”

Weissman 补充道，CHARM 还具有治疗由异常蛋白质堆积引起的其他疾病的潜力，例如帕金森氏症和阿尔茨海默氏症。 “我们知道表观遗传沉默并不适用于每个基因，但适用于大多数基因，”他说。

德克萨斯州休斯敦莱斯大学开发表观基因组编辑工具的研究员 Jacob Goell 对 CHARM 有一天最终进入临床持乐观态度。但他补充说，需要更全面的工作来评估该工具及其产生的变化如何与细胞的遗传机制相互作用，特别是在较长的时间内。

下一步是研究 CHARM 如何在能够靶向人脑神经元的 AAV 载体中发挥作用。 “这是下一个重大挑战，”他说。