“医美明星”再创奇迹:升级改造后可治疗多种疾病

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新研究中,研究人员从三种肉毒杆菌毒素中进化出了四种蛋白酶,它们不再切割原始目标,而是以高水平特异性切割新目标,同时也保留了自身进入细胞的能力。

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进化的肉毒杆菌毒素或可用于治疗一系列疾病,包括神经大脑损伤、肌肉损伤和严重的炎症。

近日,美国哈佛大学和Broad研究所的科学家们在《科学》杂志上发表论文称,他们可以在实验室里使肉毒杆菌毒素快速进化,使其靶向多种不同蛋白质,并由此创造出一套定制的、具有超选择性的蛋白酶。它们或许有助于神经再生,调节生长激素,平息严重的炎症或抑制细胞因子风暴。 

在这项研究中,科学家们取得了两个“首次”,首先,他们成功地重新编程了蛋白酶,能够切割全新的蛋白质目标;此外,他们还着手解决了“生物学上的经典挑战”:设计了能够进入细胞的治疗方法。肉毒杆菌毒素可以大量进入神经元,帮助治疗各种神经疾病。

目前,该研究团队进化出的定制蛋白酶能根据指令切割特定的蛋白质。“这使‘编辑蛋白质组’成为可能,也补充了最近快速发展的基因组编辑技术,”霍华德休斯医学研究所的研究员、Broad研究所的核心教员David Liu说。

现有的基因编辑技术通常针对由基因突变引起慢性疾病,纠正基因错误后,症状就会消失。但一些急性疾病(比如中风后的神经损伤)并非由基因突变引起。这就是蛋白酶疗法的由来:该蛋白有助于增强身体机能,使一次性治疗治愈神经损伤等疾病成为可能。

“但我们缺乏制造切割目的蛋白的蛋白酶的技术,因此,蛋白酶没有被广泛用于治疗。”Liu说。

在这项研究中,科学家们利用Liu实验室开发的PACE(噬菌体辅助连续进化,可以快速进化出具有重要特征的新蛋白质)平台,首先教会了“混杂”蛋白酶(自然靶向大量蛋白质的蛋白酶)停止切割特定的目标,变得更有选择性;随后又教会了蛋白酶识别一个全新的、超出其自然能力范围的目标。

随后,研究人员从三种肉毒杆菌毒素中进化出了四种蛋白酶,它们不再切割原始目标,而是以高水平特异性切割新目标,同时也保留了自身进入细胞的能力。Blum说:“理论上,我们得到了一种强大的工具来开展细胞内治疗。”

虽然这项工作为新蛋白酶的快速生成提供了坚实的基础,但它与真正的临床治疗还有一段距离。此外,这些蛋白也并非治疗慢性疾病的理想方法,因为随着时间的推移,人体的免疫系统会将它们视为外来物质,对其展开攻击及清扫。而且进化的肉毒杆菌毒素寿命较短,这可能会降低其有效性。

不过,由于免疫系统需要一定时间来识别外来物质,蛋白酶可能会在临时治疗中奏效。

编译:花花

审稿:西莫

责编:陈之涵

期刊来源:《科学》 

期刊编号:0036-8075

原文链接:

https://medicalxpress.com/news/2021-02-miracle-poison-therapeutics.html

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