RNAベース遺伝子治療の進歩：スプライシング制御、ナノ粒子送達、マイクロRNAプラットフォーム

研究者らはRNAベース遺伝子治療における新たな進歩を報告した。これには、RNAスプライシング調節を介して遺伝子発現を精密に制御する臨床承認済み低分子、より安全な遺伝子送達のためのタンパク質コーティングナノ粒子、そして多標的癌治療のためのマイクロRNA由来プラットフォームが含まれる。これらのアプローチは、永久的なゲノム変化のリスクから免疫応答、併用癌治療の必要性に至るまで、既存の遺伝子治療の主要な限界に対処するものである。

Nature Communicationsに掲載された研究で、研究者らは臨床承認済みの低分子を利用したRNAスプライシング調節による精密な遺伝子制御戦略を説明した。この低分子は、適応外の臨床使用ですでに実績があるが、スプライセオソーム複合体の特定の構成要素に結合することで、スプライシングの結果を操作するために転用できる。この結合はスプライシングの平衡を変化させ、標的エクソンの取り込みまたは排除を促進する。DNAコードを改変する遺伝子編集技術とは異なり、このRNA中心のアプローチは、永久的なゲノム変化なしに、可逆的で調整可能かつより微妙な遺伝子制御を可能にする。低分子の濃度と曝露時間を変えることで、スプライシングパターンに段階的な応答が生じ、タンパク質産生の用量依存的变化につながることが、複数の遺伝子標的と細胞種で確認された。脊髄性筋萎縮症や特定の嚢胞性線維症など、スプライシング欠陥によって引き起こされる遺伝性疾患は、正常なスプライシングパターンを回復できるこのモダリティの恩恵を受ける可能性があり、異常なスプライシングアイソフォームによって駆動される癌は、スプライスバリアントを選択的に切り替えることで治療への感受性が高まる可能性がある。患者由来細胞を用いた実験では、治療後に疾患表現型の機能的なレスキューが示され、正常なタンパク質機能が回復した。トランスクリプトーム解析により、意図した遺伝子標的以外でのスプライシング変化は最小限であり、特異性が高いことが明らかになり、慢性的な曝露研究では細胞が生存能力と正常な機能を維持することが示された。

別途、ミシガン大学の科学者らは、タンパク質コーティングナノ粒子を用いて遺伝子治療を送達する方法を先駆的に開発した。このナノ粒子はコーティング材として血清アルブミンを用いており、mRNAワクチンや遺伝子治療で一般的に使用され、炎症や肝毒性と関連付けられてきた脂質ベースの脂質ナノ粒子に取って代わるものである。研究チームは、緑色蛍光タンパク質（GFP）をコードするDNAまたはメッセンジャーRNAをナノ粒子内部に封入することで、肝臓癌、腎臓、免疫細胞を含む複数のヒト細胞種を試験管内で培養し、遺伝子改変に成功した。タンパク質の封入は遺伝子カーゴを保護し、炎症反応や肝障害を潜在的に軽減することで生体適合性を高める。ナノ粒子は、電気流体力学的（EHD）ジェッティング技術を用いて作製される。この技術では、タンパク質と遺伝子材料の溶液に高電圧電界を印加し、その後、エンドソーム脱出を促進する正に帯電したポリマーであるポリエチレンイミンでコーティングされる。ウイルスベクターとは異なり、これらのタンパク質ナノ粒子は核酸を宿主ゲノムに組み込むことなく遺伝子指示を送達するため、挿入変異誘発のリスクを低減する。遺伝子効果は一過性であり、mRNAは数日間持続する一方、プラスミドDNAの発現は数ヶ月間続く可能性があるため、プロトコルには反復投与や追加接種が含まれる場合がある。研究チームは、これらのナノ粒子内にCRISPR-Cas9遺伝子編集要素を将来的に展開し、標的を絞った永久的なゲノム改変を達成し、単回投与による治癒を確立する可能性を想定している。このプラットフォームは、FDA承認のウイルス療法を全身投与すると感染症や危険な免疫反応を引き起こすリスクがあり、ウイルスベクターが偶発的に二次悪性腫瘍を誘発する可能性があるという懸念の中で登場した。

膠芽腫の研究では、研究者らはマイクロRNAプロセシングに由来するアクセサリー副産物に基づく遺伝子治療プラットフォームを実証した。このプラットフォームは、機能的に異なる複数の要素を運ぶことができ、これらの要素はコードされている一次配列から切断されると生物学的に活性化する。その設計に必要な唯一の要件は、Drosha切断部位の保存であり、これにより各活性成分の適切な放出が可能になり、疾患特異的なマルチターゲティングのための柔軟でプラグアンドプレイの足場を提供する。原理実証として、このアプローチは成人で最も致死性の高い脳癌である膠芽腫の様々なモデルで検証され、高度に相乗的な抗腫瘍効果に変換された。この研究は、マイクロRNA遺伝子の足場成分を構成するアクセサリー配列が、そのプロセシング後に持続することが観察された初めての例であり、多様で多機能な低分子非コードRNAの組み合わせを細胞に導入するための運搬体として、マイクロRNAの遺伝子構造を再考することを可能にする。また、この設計により、より長いRNAポリメラーゼII駆動配列から適切なサイズのアプタマー構造を切断することも可能になり、アプタマーが細胞内発現のためにRNAポリメラーゼIIIに依存するという従来の制限を克服した。研究者らはp50に対するアプタマーを用いてこの戦略を実証した。