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2025-06-03 00:00:00
より正確な基本編集者により、ミトコンドリアDNA編集は疾患をモデル化し、げっ歯類の病原性変異を修正するのに十分効率的になりますが、臨床試験に移動するのは遅いです。
ミトコンドリア疾患は、エネルギーを生成する体の能力に影響を与えるミトコンドリアまたは核ゲノムの突然変異によって引き起こされる複雑な代謝障害です。診断と治療は困難です – 神経学的および非神経学的症状は患者の間で一貫しておらず、どの組織と臓器が特定の突然変異を持っているかに依存します。従来の治療法は大部分が臓器特異的であり、脳や筋肉などの高エネルギー需要を持つ一般的に影響を受ける組織を標的とし、症状の緩和または小分子、代謝再プログラム、またはミトコンドリア補充療法を使用したミトコンドリア機能の修正に焦点を当てています1。これらの治療法はいずれも治療的ではありません。
ミトコンドリア疾患は最も一般的な遺伝障害の1つであるため、永久的なミトコンドリアDNA変異を修正する治療が必要です2,3。最近の研究では、病原性ミトコンドリア変異を永久に修正できるエンジニアリングされた正確なミトコンドリアベースエディターを使用して、これに対処することに進んでいます。しかし、核ゲノムの動きを後期臨床試験に修正するための基本編集とエピゲノームの編集アプローチとして、ミトコンドリアのゲノム編集者は臨床にゆっくりと進行しています。
オフターゲット変異、全身および標的送達、供給された編集コンポーネントの免疫原性など、核およびミトコンドリアのゲノム編集の限界にはかなりの重複がありますが、違いとユニークな課題もあります。
大きなハードルは、ミトコンドリアへの編集機械の配信です。 MITOCHONDRIA輸送核酸は、CRISPRシステムが動作するために必要なガイドRNAを含む非効率的に輸送4。代わりに、タレンス（転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ）や亜鉛指（ZNF）など、タンパク質として使用できるCRISPRフリーの代替ヌクレアーゼが使用されます。現在のミトコンドリアDNAベース編集者は、一般に、CRISPR代替DNAターゲットドメイン（TalenまたはZNF）と、シチジン（C）をチミン（T）またはアデニン（A）に変化させるためのDNA編集ドメインを構成します。タンパク質に追加された短いシグナルペプチドは、ミトコンドリア膜を通してそれらをガイドします。シチジン塩基編集者（CBES）は一般に、ターン（ZNFが少なく、ZNF）、細菌毒素DDDA（またはAPOBEC）のデアミナーゼドメイン、およびウラシルグリコシラーゼ阻害剤を使用して、ヌクレオチドを完全に除去しないようにします。 CBESと同様に、アデニンベースエディター（ABES）は一般に、カスタム設計のTalenと、この場合、目的のヌクレオチドベースを変更するTADA DEAMINASEバリアントを構成します。5。
CRISPR編集のように、このプロセスは潜在的なエラーの影響を受けやすくなります。ミトコンドリアおよび核DNAの実質的なターゲット速度は、編集者自体の設計によるものです6,7。 TalensとZNFは、非特異的なDNA相互作用を起こしやすく、非ターゲット部位で不要なデアミナーゼ活性を引き起こす可能性があり、実際のターゲットサイトの周りの領域内で傍観者の編集につながります。より具体的ないくつかのエンジニアリングエディターが存在します。ただし、ターゲットサイトに応じて、不要な副産物が最小化される可能性がありますが、排除されない場合があります8。 CRISPRシステムは、マッチングシングルガイドRNA（SGRNA）を再構成することで簡単に適合させることができますが、ZFNとTalensは新しいターゲットサイトごとにより広範なエンジニアリングを必要とするため、柔軟性を必要とする臨床アプリケーションにはそれほど適していません。9,10。
さらに、各セルには、複数のゲノムを運ぶ数百から数千のミトコンドリアが含まれています。課題は、核編集のように2つのコピーで単一のゲノムを編集するだけでなく、多数の細胞ゲノムを同時に変更することです。さらに、ミトコンドリアのさまざまな集団は、細胞内で共存し、変異または野生型のミトコンドリアDNAを運ぶことができます。これは、ヘテロ形成として知られています。表現型効果のために十分なミトコンドリアの病原性変異を修正するために、特定のしきい値に到達する必要があります。それをより困難にして、デアミナーゼは他のものよりも特定のシーケンスコンテキストを支持し、一般的な目標範囲を制限し、エンジニアリングをさらに複雑にします。編集システムは、CBEとABEの標的ウィンドウを拡張して開発されていますが8、それらの効率はまだこのしきい値を満たしていません。
進歩があります。最近の出版物は、進化した基本編集者の精度と効率の向上を実証しており、表現型の生成に必要なヘテロプラスミー閾値を上回り、げっ歯類のミトコンドリア疾患をモデル化することができます。11,12,13。
ミトコンドリア疾患の動物モデルは、技術的な複雑さと高コストの結果としてまれですが、機械的研究と治療の検査には不可欠です14。チャンと同僚 自然 ヒトの病原性バリアントに類似した70のマウスミトコンドリアDNA変異を標的とする最適化されたミトコンドリアベースエディターは、マウスで最大82％の効率を示し、Fで100％編集を実証します1 生成、最小限のターゲット編集11。 2つの主要なミトコンドリア疾患 – リー病とレバーの遺伝性視神経障害 – がマウスでモデル化されました。今月、さらに2つの研究が発表されました Nature Biotechnology12,13 LEIGH疾患のラットモデルを生成し、進化したCBEを使用して疾患の原因となった変異を修正し、表現型を改善しました。これらの研究は、ミトコンドリア疾患の動物モデルの生成において大きな飛躍を示し、ミトコンドリアDNAのヌクレオチドを正確に編集するための設計ベース編集システムの可能性を強調しています。将来の作業は、これをげっ歯類からより大きな動物モデルに導くことを願っています。
この進歩にもかかわらず、これらのベースエディターの完全な臨床的可能性はロック解除されていません。現在クリニックに移動している他の編集技術と同様に、特異性と安全性を厳しく制御する必要があります。エラーが発生しやすいデアミナーゼおよびバイスタンダーが多いデアミナーゼの代替として使用できる追加の修飾酵素は、特定のエンジニアリングを減らしながらターゲティング範囲を広げる可能性があります。脱アミノ化反応に関連するオフターゲット効果を排除し、達成可能な塩基変化の範囲を拡大するディアミナーゼを含まないグリコシラーゼベースの編集者は、核塩基編集のために調査されています15,16。これらは、ミトコンドリアのG-to-Tベース編集に適合させることができます。
上記の3つの研究では、動物モデルの生成に適したZygote注射を介したmRNA送達を使用しました。しかし、治療への臨床翻訳は、エンブリック後の治療を妨げています。成体組織への体細胞送達は依然として大きなハードルです。目、脳、または筋肉に影響を与えるいくつかのミトコンドリア疾患の場合、アデノ関連ウイルスベクターの局所注射が実行可能である可能性があります。ただし、核編集システムで明らかになったように、中枢神経系などの到達が困難な組織への全身の送達とアクセスはより困難です。継続的な取り組みは、ミトコンドリア疾患の表現型によって一般的に影響を受けやすい組織が一般的に影響を受けるため、編集者のサイズを縮小することを目的としています。17。
技術的な障壁は徐々に減少しています – 臨床治療の可能性に向けた有望な動き – しかし、それはまだ早いです。核ゲノム編集のためのスタートアップのバイオテクノロジーは臨床開発を通じて進行していますが、ミトコンドリア編集の分野は比較的静かなままです。技術的な制約を克服することは、最初のハードルにすぎません。投資、研究開発コスト、および規制ガイドラインは、今後も続けることを困難にしています – CRISPR編集会社が現在直面しています。テクノロジー自体が進むにつれて、資金提供者と規制当局が追いつくことが予想されます。
#精密なミトコンドリア編集で新しい治療薬を動かします