科学家们开发了新工具，以改善晚期遗传性视网膜疾病（IRD）的基因疗法，例如视网膜色素变性和莱伯先天性盲症。
遗传性视网膜退化（IRD）是一组遗传性疾病，导致视力逐渐丧失，因为眼睛中的光感受细胞——视杆细胞和视锥细胞——因其功能和生存所需基因的突变而死亡。
基因疗法作为一种有前景的方法，正在取代或补充缺陷基因，以保护或恢复视力。然而，大多数现有的基因疗法策略是在早期疾病阶段开发和测试的——这使得在显著视网膜损伤已经发生后诊断的患者治疗上存在重大空白。
现在，在《分子疗法》上发表的一项研究中，宾夕法尼亚大学兽医学院（Penn Vet）实验视网膜疗法部门的研究人员及其合作者开发了一种强大的新工具包，以帮助弥补这一空白。
由Penn Vet的实验眼科学助理教授Raghavi Sudharsan和眼科学Corinne R. Henry Bower教授William A. Beltran领导，研究团队开发了四种新型视光感受器特异性启动子。这些“短DNA片段充当分子‘开关’，可以在目标细胞中开启治疗基因，驱动在中后期疾病阶段视杆细胞和视锥细胞中强而特异的基因表达”，Sudharsan解释道，她是论文的第一作者。
“目前使用的大多数启动子仅在健康动物模型中进行了测试，当视网膜退化时，它们的表现通常会下降，”Sudharsan继续说道。“相比之下，”她说，“新开发的启动子是根据它们在已经失去一半以上光感受器的视网膜中开启基因活性的能力进行选择的——使它们在患者通常被诊断的疾病阶段中更具相关性。”在面对面的比较中，新启动子在表达强度和特异性上均优于广泛使用的GRK1启动子。
“这项研究解决了IRD治疗中的最大障碍之一：如何在视网膜的大部分区域已经退化之后提供有效的基因疗法，”Sudharsan说。“我们特别对基于GNGT2的启动子的表现感到兴奋，该启动子在中晚期疾病阶段在视杆细胞和视锥细胞中表现出强烈的表达。并且它们的尺寸较小——不到850个碱基对——使它们非常适合[腺相关病毒] AAV包装，和一些传统视锥启动子相比，它们的体积显著较小。”
研究团队还强调，这些启动子对光感受器的高特异性可能有助于限制脱靶效应并减少潜在免疫反应——这是安全性和长期有效性的重要考虑因素。
研究人员使用转录组分析、计算建模和大型动物模型的体内筛选相结合，确定了一组新型短启动子，这些启动子在退化的光感受器中仍然活跃。这些启动子包括源自GNGT2、IMPG2和PDE6H基因的启动子，当通过AAV递送到模拟人类IRD的犬类模型视网膜时表现出强烈的细胞特异性表达。
“这些发现突显了在临床相关模型和适当疾病阶段测试启动子的重要性，这一点不幸的是无法在细胞培养或视网膜类器官中建立，”资深作者William A. Beltran（实验视网膜疗法部门主任）表示。“它们为一种新一代基因疗法奠定了基础，这些疗法在效能、精确度和对患者（无论是人还是动物）遗传性视网膜退化实际临床需求的响应方面更强大。”
宾夕法尼亚大学已经就该启动子技术申请了临时专利。
William Beltran是宾夕法尼亚大学兽医学院临床科学与先进医学系的Corinne R.和Henry Bower讲座教授以及实验视网膜疗法部门的主任。
Raghavi Sudharsan是Penn Vet临床科学与先进医学系的实验眼科学研究助理教授。
其他作者包括Gustavo D. Aguirre、Aditi Ahuja、Natalia Dolgova、Valerie L. Dufour、Jennifer Kwok、Leonardo Murgiano、Yu Sato和Svetlana Savina（Penn Vet）以及Leah C. Byrne和Morgan Sedorovitz（匹兹堡大学医学院）。
这项工作得到了NIH拨款RO1-EY006855、RO1-EY017549、RO1-EY033049和P30-EY001583、盲人治疗基金会和宾夕法尼亚大学（Beltran）的支持。
