Los virus adenoasociados AAV se han convertido en el vehículo de referencia para la entrega de carga genética terapéutica a los tejidos diana para la reciente ola de terapias génicas que están en desarrollo en laboratorios académicos y de biotecnología. Sin embargo, los AAV naturales no se dirigen específicamente a loscélulas y tejidos, y pueden ser reconocidos por el sistema inmunológico de formas que limitan el éxito terapéutico. Para mejorar los AAV, los biólogos sintéticos han estado adoptando un enfoque de "evolución dirigida" en el que mutan aleatoriamente bloques de construcción de aminoácidos específicos de las proteínas de la cápside queforman el caparazón del virus y contactan directamente con las células diana. Al evaluar qué cambios pueden enrutar el virus a los tejidos diana y superponer sucesivamente las mutaciones una encima de la otra en un arduo proceso iterativo, su objetivo es mejorar los rasgos deseables de AAV.
Ahora, los científicos del Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada de Harvard y la Escuela de Medicina de Harvard HMS informan un enfoque para acelerar el proceso de fabricación de cápsides AAV mejoradas y desarrollar virus aún mejores.
Tomando un enfoque diferente y más sistemático del problema de la ingeniería de proteínas de la cápside, el equipo mutó uno por uno cada uno de los 735 aminoácidos dentro de la cápside AAV2, el miembro más conocido de la familia AAV, incluidas todas las posibles sustituciones de codones,inserciones y deleciones en cada posición. Generaron una biblioteca de virus que contenía alrededor de 200.000 variantes e identificaron cambios en la cápside que mantuvieron la viabilidad de AAV2 y mejoraron su potencial de "localización" tropismo en órganos específicos en ratones. Inesperadamente, el equipo también descubrió un nuevo accesorioproteína oculta dentro de la secuencia de ADN que codifica la cápside que se une a la membrana de las células diana. Sus hallazgos se informan en ciencia .
El equipo dirigido por George Church, Ph.D., miembro de la facultad de Wyss Core, y su ex becario postdoctoral Eric Kelsic, Ph.D., desplegaron un arsenal avanzado de biología sintética que incluye síntesis de ADN de próxima generación, códigos de barras y secuenciación de ADNcapacidades para construir una de las bibliotecas de cápsides de AAV más completas hasta la fecha ". Con la información generada por esta biblioteca, también pudimos diseñar cápsides con más mutaciones que las variantes naturales o sintéticas anteriores, y además con eficiencias de generación de cápsidas viables tan lejossuperan los de AAV creados por enfoques de mutagénesis aleatoria ", dijo Church, quien es líder de la plataforma de biología sintética del Instituto Wyss, y también profesor de genética Robert Winthrop en HMS y profesor de ciencias y tecnología de la salud en la Universidad de Harvard y el Instituto de Massachusetts deTecnología MIT.
"Estas tecnologías de alto rendimiento combinadas con el diseño guiado por máquina sientan las bases para diseñar variantes de AAV superiores y altamente personalizadas para futuras terapias génicas", dijo el coautor Eric Kelsic, Ph.D., que ahora es CEO de DynoTerapéutica ". Los enfoques anteriores, como el diseño racional o la mutagénesis aleatoria, tenían sus inconvenientes, ya sea por ser limitado en el tamaño de la biblioteca o por ser de baja calidad, respectivamente. El diseño guiado por máquina es un enfoque basado en datos para la ingeniería de proteínas. Aquí mostramos queincluso un modelo matemático simple, impulsado por suficientes datos, puede generar con éxito cápsides sintéticas viables. Este enfoque iterativo y empírico de la ingeniería de proteínas nos permite obtener lo mejor de ambos mundos y generar un gran número de variantes de cápside de alta calidad ".
"Inesperadamente, los datos de alta resolución que generamos nos permitieron detectar una nueva proteína codificada por un marco de lectura diferente dentro de la secuencia de ADN de la cápside, que había pasado desapercibida a pesar de décadas de intensa investigación sobre el virus", dijo el coprimeroEl autor Pierce Ogden, Ph.D., ex estudiante de posgrado y ahora becario postdoctoral que trabaja con Church. "La proteína accesoria asociada a la membrana MAAP, como la llamamos, existe en todos los serotipos de AAV más populares y creemos quejuega un papel en el ciclo de vida natural del virus. Estudiar cómo funciona MAAP será un área interesante para la investigación futura y podría conducir a una mejor comprensión de cómo producir y diseñar mejor las terapias génicas de AAV ".
Según el coautor Sam Sinai, Ph.D., ex estudiante graduado de Church, ahora científico de aprendizaje automático en Dyno Therapeutics, "Esto revela la promesa de la ingeniería de proteínas basada en datos, en particular para proteínas como el AAVcápsides que son difíciles de modelar con los enfoques computacionales actuales. Nuestros resultados son muy alentadores, pero también son solo un primer paso. Con estos datos y los de experimentos futuros, crearemos modelos de aprendizaje automático para optimizar las cápsides y abordar una amplia variedad de terapias génicasdesafíos. "
Kelsic, Sinai e Church son cofundadores de Dyno Therapeutics Inc. y todos tienen acciones en la empresa.
"Este estudio es un hito en el esfuerzo de la plataforma de Biología Sintética del Instituto Wyss para hacer avanzar la tecnología AAV al siguiente nivel. Este trabajo también es un gran ejemplo de cómo estamos comenzando a integrar el aprendizaje automático y los enfoques de inteligencia artificial en nuestra línea terapéutica,", dijo el director fundador del Instituto Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D., quien también es profesor de Biología Vascular Judah Folkman en HMS, el Programa de Biología Vascular en el Boston Children's Hospital y profesor de Bioingeniería en la Escuela de Harvard John A. Paulson deIngeniería y Ciencias Aplicadas SEAS.
El estudio fue financiado por el Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de Harvard y los Institutos Nacionales de Salud.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica en Harvard . Original escrito por Benjamin Boettner. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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