ゲノム規模のCRISPRスクリーニングを用いた合成タンパク質の合理的設計

科学分野:

• 合成生物学
• ゲノム工学
• タンパク質工学

背景:

• 深層学習はタンパク質構造予測を進歩させましたが、複雑な生物学的タスクのための新しいタンパク質を設計するにはタンパク質機能の理解が重要です。
• 現在の遺伝子編集技術は、効率と特定のゲノム座のターゲティングにおいて限界に直面しています。

研究 の 目的:

• 合成タンパク質の合理的な設計のために、機能第一のアプローチを採用すること。
• 精密遺伝子編集を強化できる天然ヒトタンパク質を特定すること。
• 遺伝子編集効率と汎用性を向上させるための新しい合成ゲノムエディター（TruEditors）を開発すること。

主な方法:

• ゲノム規模のCRISPR活性化を用いて約19,000のヒトタンパク質を過剰発現させ、相同組換え修復（HDR）に対するそれらの影響を測定しました。
• トップパフォーマーの天然タンパク質をCas9ヌクレアーゼと融合させて、合成ゲノムエディター（TruEditors）を作成しました。
• アフィニティプロテオミクスを用いて、合成タンパク質の作用機序を調査しました。

主要な成果:

• 相同組換え修復を促進する800を超える天然ヒトタンパク質が同定されました。
• 12のユニークなTruEditorsが開発され、多様な細胞タイプとゲノム座にわたって改善された精密遺伝子編集を示しました。
• mRNAを介して送達されたTruEditorsは、ヒトT細胞におけるキメラ抗原受容体（CAR）の挿入を大幅に強化し、ヒト多能性幹細胞における精密編集を改善しました。

結論:

• ゲノムワイドなタンパク質過剰発現スクリーニングは、特定の生物学的機能のための合成タンパク質の合理的な設計を効果的に導くことができます。
• 開発されたTruEditorsは、精密遺伝子編集技術における重要な進歩を表しています。
• この研究は、遺伝子治療と再生医療への広範な影響を伴う、複雑な生物学的タスクを実行するためにタンパク質を工学することの新しい道を開きます。