Das Flaggschiff-Pionierunternehmen hat mobile genetische Elemente operationalisiert, um kleine und große dauerhafte Veränderungen am menschlichen Genom vorzunehmenRNA-Polymerase-II-Multiproteinkomplex, der RNA von einer DNA-Matrize transkribiert.[NANOCLUSTERING/WISSENSCHAFTLICHE FOTOBIBLIOTHEK]Letzte Woche reisten Jennifer Doudna und Emmanuelle Charpentier, Gewinner des Nobelpreises für Chemie im Jahr 2020 für die Entwicklung der CRISPR-Geneditierungstechnologie, verspätet nach Stockholm, um den Prunk und die Zeremonien zu genießen, die vor zwei Jahren wegen der COVID-Pandemie verschoben wurden.Aber während Wissenschaftler die revolutionäre Entwicklung der CRISPR-Cas9-Genombearbeitung vor nur zehn Jahren feiern, entwickeln sie weiterhin neue Technologien zur Manipulation von DNA.CRISPR ist eine hervorragende programmierbare Schere, hat aber gewisse Nachteile.Nach einem Doppelstrangbruch in der DNA liegt es an den DNA-Reparaturwegen der Zelle, diese gebrochene DNA zu retten und effektiv zu reparieren.Da sich die Reparaturwege entwickelt haben, um gebrochene DNA schnell zu reparieren, ist es schwierig, diese Nukleasen zu verwenden, um eine neue Sequenz oder ein neues Gen in das Genom einzuführen, eine bestimmte Art von Bearbeitung zu installieren oder eine Base gegen eine andere oder viele Basen auf einmal auszutauschen.Jahrelang haben Genomingenieure verschiedene Tricks ausprobiert, um die Effizienz dieser Reparaturwege zu erhöhen, um bestimmte Ziele zu erreichen, ohne dass es zu klaren Durchbrüchen kam.Vor einigen Jahren fragten Jacob Rubens, Senior Principal bei Flagship Pioneering, und seine Kollegen, ob die Natur, anstatt Mechanismen zum Aufbrechen von DNA zu schaffen, Schemata zum Schreiben von DNA entwickelt habe.„Es dauerte nicht lange, bis wir zu mobilen genetischen Elementen kamen – DNA-Sequenzen, die nur dazu da sind, sich von einer Stelle im Genom an eine andere zu kopieren und einzufügen“, sagte Rubens gegenüber GEN Edge.„Wir wussten nicht, dass dies die am häufigsten vorkommenden Gene in der Natur sind!“Es stellt sich heraus, dass es mehr Platz in Genomen gibt, die für diese mobile genetische Elementmaschinerie kodieren als jede andere Proteinklasse – Transporter, Stoffwechselenzyme usw. „Es ist nicht verwunderlich, wenn man bedenkt, dass diese Elemente sich einfach überall kopieren und einfügen“, sagte Rubens.„Aber Mutter Natur hat diese Systeme seit Milliarden von Jahren weiterentwickelt, und wir waren überrascht zu entdecken, dass fast niemand darüber nachgedacht hat, wie sie als Werkzeuge für die Gentechnik angepasst werden könnten, obwohl ihr einziger Zweck darin besteht, DNA zu schreiben.“Rubens und sein Team öffneten ein tausend Seiten umfassendes Lehrbuch namens Mobile DNA III, das von Nancy Craig, einer der führenden Forscherinnen auf diesem Gebiet, herausgegeben wurde.Es enthält Dutzende von Kapiteln über verschiedene Arten von mobilen genetischen Elementen.Rubens sagte jedoch, dass fast alle relevanten Arbeiten im Bereich der Biotechnologie in nur ein paar dieser kleinen Kapitel passen könnten.Sie konzentrierten sich auf einen einzigen Typ eines mobilen genetischen Elements, bekannt als DNA-Transposon, das in der Biotechnologie eine gewisse Anwendbarkeit hat, aber etwas begrenzt war.Rubens und sein Team fanden heraus, dass es viele andere Arten von Biochemie gibt, die zu Biotechnologien werden könnten, die aber noch nicht untersucht wurden.Dies gab ihnen einige Ideen über verschiedene Arten von mobilen genetischen Elementen, die aufgrund ihrer Eigenschaften und Fähigkeiten für die Gentechnik geeignet sind.Und so wurde Tessera Therapeutics geboren.Der Firmenname hat zwei Ursprünge: „tessares“ ist griechisch für die Zahl 4, wie in vier Nukleotiden im Genom.Und ein Tessera ist eine Fliese in einem Mosaik.Der Name des Unternehmens kommt also von der Ansicht, dass jedes Nukleotid wie eine Fliese im Mosaik des Lebens ist.„Wir haben 2018 ein paar Millionen Dollar in die Gründung des Unternehmens gesteckt und unsere ersten Wissenschaftler eingestellt, wobei wir einige fantastische Leute mit Erfahrung in Gen-Editing-Unternehmen wie Editas, Intellia und Beam gefunden haben, die an Bord kommen“, sagte Rubens.So konnte Tessera beispielsweise Senior Vice President Cecilia Cotta-Ramusino von Editas und Chief Medical and Development Officer David Davidson von bluebird bio rekrutieren.Chief Scientific Officer (CSO) Michael Holmes, der einer der Starwissenschaftler bei Sangamo war und zusammen mit Fyodor Urnov das Konzept der Genomeditierung mit Zinkfinger-Nukleasen entwickelte, kam von Ambys Medicines.Der wissenschaftliche Beirat von Tessera ist voll besetzt mit Vorstandsdirektorin Melissa Moore (ehemalige CSO von Moderna), Gentransfer-Pionier Luigi Naldini, Co-Direktor und Mitbegründer des Innovative Genomics Institute (IGI) von KSQ-Therapeutika und Maze-Therapeutika Jonathan Weissman und dem berüchtigten George Kirche, um nur einige zu nennen.„Wir begannen, einige Experimente durchzuführen und stellten fest, dass hier viel Potenzial vorhanden war und was es brauchte, um ein wirklich bahnbrechendes Unternehmen aufzubauen.Uns wurde klar, dass wir zum Aufbau der größten Version dieses Unternehmens nicht nur verschiedene Arten mobiler genetischer Elemente ausprobieren, sondern systematisch die Arten von Elementen mit interessanter Biochemie für die von uns gewünschten Funktionen untersuchen mussten.“In den nächsten Jahren baute das Team von Tessera die Fähigkeit auf, monatlich Tausende von Sequenzen mobiler Elemente in DNA- und RNA-Formaten herzustellen, sie auf menschliche Zellen zu bringen und monatlich Zehntausende verschiedener Veränderungen im Genom in verschiedenen Zelltypen zu messen um herauszufinden, welche dieser Systeme für ihre Zwecke funktionieren.Tessera hat stark in die Hochdurchsatz-DNA- und RNA-Herstellung investiert, um riesige Mengen an Hochdurchsatz-Screening durchführen zu können.Rubens sagte, dass es für Tessera Routine ist, jeden Monat Tausende von DNA-Plasmiden herzustellen, die typischerweise in Hunderte verschiedener RNAs umgewandelt werden.Diese RNAs werden dann unter Verwendung automatisierter Zellhandhabungsmaschinen für Transfektionen und Zellpassagen in Zellen eingebracht.Als nächstes verwenden sie Maschinen, um die Nukleinsäuren aus den Zellen zu extrahieren und auf drei Schlüsseleigenschaften zu testen, die für eine gute Genom-Engineering-Technologie wichtig sind: Effizienz (der Prozentsatz der Allele oder Zellen in der Population, die effektiv bearbeitet werden);Spezifität (der Ort dieser Änderungen im Genom);und Wiedergabetreue (tritt das entsprechende Ergebnis an der beabsichtigten Stelle auf?).Es gibt verschiedene automatisierte Pipelines für jeden Lauf bei Tessera.Der wichtigste ist derzeit der Assay, der die Effizienz misst, die so genannte Amplikon-Sequenzierung – die gleiche Art von Sequenzierungsreaktion, um die SARS-CoV-2-Varianten bei Patienten herauszufinden.Mit einer gezielten Polymerase-Kettenreaktion und Sequenzierung ist es möglich, das Genom zu untersuchen, um zu sehen, wo Änderungen durch die Maschinerie vorgenommen werden, die Gene schreibt.Sehr bald wird Tessera über eine End-to-End-Automatisierung verfügen, um 20.000 Sequenzierungsreaktionen pro Monat durchzuführen.Rubens sagt, dass Tessera auch die datenwissenschaftliche Infrastruktur aufgebaut hat, um Daten aus einer Vielzahl von Experimenten aufzunehmen und die Unterschiede in der Leistung dieser Systeme zu nutzen, um darüber zu informieren, wie sie die wesentlichen Zusammensetzungen verändern, ob es sich dabei um die Aminosäuresequenzen der Genschreiber oder die RNA-Sequenz oder DNA-Sequenz der Vorlagen, damit sie effektiver auf die Parameter hinarbeiten, die sie messen.Natürlich ist Tessera nicht nur ein Technologieunternehmen.Es plant die Entwicklung von Medikamenten, beginnend mit einigen bestimmten Patientenpopulationen – und mehreren onkologischen Anwendungen (beide noch offenzulegen).Die Technologie von Tessera, die als RNA-Genschreiber bezeichnet wird, basiert auf einer Art mobilem Element, das als Nicht-LTR-Retrotransposon bezeichnet wird.Diese verwenden einen Mechanismus, um Gene in das Genom zu schreiben, die so genannte Target-Primed-Reverse-Transkription, die laut Rubens in den nächsten Jahren ein heißes Thema sein wird.Die Methode beruht auf vier Schlüsselschritten: RNA binden, DNA binden, DNA nicken und dann die reverse Transkription starten (Abb. 1).Laut Rubens sah Tessera sofort, dass der Mechanismus einige interessante Aspekte hatte.Erstens ist es insofern sehr programmierbar, als es möglich ist, Genomstellen für die Bearbeitung oder Integration anzusteuern.Zweitens verwendet es nur eine RNA-Matrize (Abb. 2).Dies macht es möglich, Systeme herzustellen, die ganze Gene in das Genom schreiben können, indem sie RNA an die Zelle senden.Dies geschieht durch Senden einer mRNA, die für den Genschreiber kodiert, und einer Template-RNA.Der Genschreiber schnappt sich dann die Template-RNA und schreibt sie in das Genom.„Das eröffnet erstaunliche Möglichkeiten, weil es uns erlaubt, das Beste aus mRNA und Lipid-Nanopartikeln (LNPs) mit den besten Gentherapien zusammenzubringen – die Herstellbarkeit von mRNAs und LNPs, die Skalierbarkeit und die Wiederdosierbarkeit mit der Langlebigkeit von Gentherapien mit viralen Vektoren“, sagte Rubens.Es gibt zwei große potenzielle klinische Anwendungen für die Technologie von Tessera:Kurzfristig sagte Rubens, dass ein Schwerpunktbereich das Schreiben von chimären Antigenrezeptoren (CARs) ist, bei denen es sich um Zellen handelt, die Immunzellen neu programmieren, um Krebs anzugreifen.„Die überwiegende Mehrheit der Menschen, die CAR-T-Therapien entwickeln, entnimmt Zellen aus dem Körper eines Patienten und behandelt den Patienten mit toxischen Medikamenten, die seine endogenen T-Zellen beseitigen.Dann manipulieren sie die Zellen des Patienten mit einem lentiviralen Vektor und infundieren diesen in die Patienten“, erklärte Rubens.„Indem wir CAR-T-Engineering nur mit RNA durchführen, können wir dies nicht nur schneller tun, sondern auch in vivo mit mRNA und Lipid-Nanopartikeln.“In Bezug auf ihre Rewriting-Technologie zielt Tessera darauf ab, kleine genomische Substitutionen vorzunehmen.„Im Moment konzentrieren wir uns hauptsächlich auf zwei Bereiche: auf die Leber gerichtete Bearbeitungsanwendungen wie Phenylketonurie (PKU), bei denen wir wirklich aufregende Fortschritte gezeigt haben, indem wir 40 % der [mutierten] Allele in einer Leber mit klarer Heilung bearbeitet haben des PKU-Phänotyps im ENU2-Mausmodell dieser Krankheit, sagte Rubens.Das andere Beispiel ist die Sichelzellanämie (SCD).Rubens fuhr fort: „Wir sind die einzigen (die uns bekannt sind), die eine Therapie für die Sichelzellkrankheit entwickeln, bei der wir einfach RNA in eine Zelle einbringen und das Allel, das die Krankheit verursacht, in die Wildtyp-Sequenz korrigieren können .Nicht nur das, sondern weil es alles RNA und in LNPs ist, haben wir große Fortschritte bei der Abgabe an hämatopoetische Stammzellen im Körper gemacht.So müssen wir, wie beim CAR-T-Beispiel, die Zellen nicht mehr aus dem Körper eines Patienten entnehmen, sie konstruieren und zurückgeben.“Dies ist wichtig, da die größte Belastung durch SCD – zumindest in den Vereinigten Staaten – auf Patienten lastet, die sich nicht wochenlang von der Arbeit freinehmen können, um die für eine Heilung erforderliche Therapie zu durchlaufen.Die meisten SCD-Patienten leben in Subsahara-Afrika.„Wenn wir ihnen helfen wollen, müssen wir Medikamente zu den gleichen Warenkosten herstellen, zu denen wir die aktuellen Virusimpfstoffe herstellen – zum Preis eines schicken T-Shirts – und das wird heute in einzigartiger Weise durch unsere ermöglicht RNA-Schreibtechnologie“, sagte Rubens.In jüngsten Konferenzpräsentationen haben Tessera-Wissenschaftler einige primäre Proof-of-Concept-Daten von Tieren für die Leberumschreibung und T-Zell-Therapien geteilt.„Wir entwickeln T-Zellen außerhalb des Körpers und liefern sie an Affen sowie an T-Zellen und hämatopoetische Stammzellen im Inneren von Affen“, sagte Rubens.„Also, es ist sehr real und wir werden hoffentlich bald mehr teilen.“Bei der Markteinführung im Jahr 2018 begann das Team von Tessera auch mit der Arbeit an Serin-Integrasen und entdeckte 75.000 Serin-Integrasen.Im Gegensatz zu dem Ansatz, den die Gruppen von (twinPE) gewählt haben, hat Tessera nach Serin-Integrasen gesucht, die auf native Stellen im menschlichen Genom abzielen (ähnlich einem kürzlich veröffentlichten Ansatz der Gruppe von Patrick Hsu am Arc Institute).In einem Screening von etwa 750 Enzymen fand Tessera eine Handvoll, die sehr effizient und ziemlich spezifisch darin waren, Gene in das Genom zu integrieren, ohne den ersten Schritt des PASTE-Prozesses mit Prime Editing durchführen zu müssen, um ein Landing Pad zu schreiben.Tessera hat eine einfachere Version dieser Systeme entwickelt.Mit einer verwandten Klasse von DNA-Genschreibern hat das Unternehmen gezeigt, dass die Kombination von DNA-Genschreibern und Adeno-assoziierten Viren (AAVs) zumindest bei Mäusen und nichtmenschlichen Primaten das Potenzial hat, die Genexpression durch Schreiben dauerhafter zu machen in die Genome der Tiere.Durch das Schreiben eines AAV in das Genom von sich teilenden Zellen wie der Leber kann Tessera das AAV dauerhaft exprimieren lassen.Dies ist für bestimmte Anwendungen, wie die Behandlung neugeborener Patienten mit AAV-Gentherapien, von entscheidender Bedeutung.Da sich die Leber in den ersten 18 Lebensjahren des Patienten teilt, sind sie heute normalerweise keine Kandidaten für diese Gentherapien.„Wir haben bei Mäusen gezeigt, dass wir 40 % ihrer Hepatozyten dazu bringen können, die Nutzlast zu exprimieren, die wir über die Lebenszeit dieser Tiere abgegeben haben, im Vergleich zu nur 2–3 % bei den Mäusen, die das Kontroll-AAV erhalten“, sagte Rubens.„Und wir haben jetzt etwas Ähnliches bei nichtmenschlichen Primaten demonstriert, aber wir haben diese Daten noch nicht wirklich öffentlich geteilt.“Tessera hat auch die Fähigkeit gezeigt, AAVs in die Genome von erwachsenen Mäusen zu integrieren.„Wenn sich diese AAVs in das Genom integrieren, haben wir gezeigt, dass sie auf einem 85-fach höheren Niveau exprimieren“, sagte Rubens.„Das bedeutet, dass wir die AAV-Dosis um das 85-fache reduzieren könnten, um das gleiche Maß an therapeutischer Proteinexpression zu erreichen.Dies würde wahrscheinlich viele der Probleme lösen, die AAV hat, wenn es um dosisbegrenzende Toxizitäten geht, von denen wir in der Klinik ständig hören, sowie die Probleme der Herstellbarkeit.Wir haben auch gezeigt, dass diese Eigenschaft von den Mäusen auf die nichtmenschlichen Primaten übertragbar ist.“Was in einem kleinen Keller am Kendall Square mit ein paar ehemaligen Absolventen dieser Genmedizinunternehmen begann, umfasst heute 275 Mitarbeiter mit fast 90.000 Quadratfuß Fläche in einer Einrichtung in Somerville, Massachusetts, wo Flagship einige verschiedene Unternehmen angesiedelt hat.„Wir erwarten, dass wir in Kürze den Machbarkeitsnachweis dafür haben, dass unsere Technologien bei nichtmenschlichen Primaten funktionieren, und nur ein paar Jahre später erwarten wir, unsere ersten Medikamente in die Klinik zu bringen“, sagte Rubens.„Es war ein schneller Sprint von der Grundidee, dem perfekten Konzept, bis hin zu Kompositionen von Bedeutung, die jemand verwenden könnte, um Menschen zu helfen, was faszinierend zu beobachten war.“Melden Sie sich an, um einen Kommentar zu hinterlassen