Gene editing in the brain with CRISPR-PEG

使用 CRISPR-PEG 对大脑进行基因编辑

基本信息

  • 批准号:
    10378044
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 64.61万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-04-01 至 2026-01-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

CRISPR-based gene editing has the potential to revolutionize the treatment of genetic brain disorders. However, complications with brain delivery have limited the utility of CRISPR-based therapeutics. To address this critical need, we have developed a new gene editing delivery vehicle, termed CRISPR-PEG, which is composed of Cas9 RNP conjugated to polyethylene glycol (PEG). CRISPR-PEG has tremendous promise as a delivery vehicle because of its excellent biocompatibility, the well-established clinical track record of PEG, and its enhanced tissue diffusion capability in comparison to nanoparticles. Our preliminary results demonstrate that CRISPR-PEG delivers and edits neurons efficiently in the motor cortex or striatum in mice; after an intracranial injection, neurons were edited with a high specificity (45~85%). Notably, CRISPR-PEG also edited neurons in the olfactory bulb after intranasal administration. These exciting results demonstrate that CRISPR-PEG has great potential as bio-tool, and as a platform for developing therapeutics. In this proposal we will test our novel delivery vehicle CRISPR-PEG in fragile X syndrome (FXS). We have selected FXS as a test bed for CRISPR-PEG because it is the most common inherited cause of intellectual disability with no treatment available. In addition, FXS has a monogenic cause, namely expanded CGG repeats>200 and hypermethylation in the FMR1 promoter region, which causes silencing of the fragile X mental retardation 1 (FMR1) gene. Therefore, the central objectives of this proposal are (1) to test CRISPR-PEG in brain disorders by targeting FXS-associated genes, and (2) to develop new CRISPR-PEG variants with improved diffusion and efficiency. The central hypothesis is: the novel non-viral delivery vehicle CRISPR- PEG will deliver Cas9 RNPs into the brain, efficiently edit FXS-associated genes in neurons, and rescue mice from multiple FXS-associated phenotypes. The central objective will be accomplished by completing the following specific aims. Specific Aim 1. Knock down mGluR5 using CRISPR-PEG in the mouse model of FXS as proof of principle. Specific Aim 2. Reactivate FMR1 gene expression using CRISPR-PEG. Specific Aim 3. Develop CRISPR-PEGs that diffuse throughout the brain and edit brain tissue efficiently. At the completion of this proposed study, we will have developed an efficient strategy for gene editing neurons using a novel non-viral delivery vehicle CRISPR-PEG. Our proposed studies are significant because the results will provide the basis for developing therapeutics for FXS and fragile X-associated disorders caused by FMR1 deficiency. Moreover, we will develop a non-viral-based vehicle that can edit large volumes of brain tissue after a single injection. The experiments in this proposal are highly innovative because we will have developed an efficient and safe non-viral delivery vehicle, which will greatly advance the field of neuroscience and CRISPR-based therapeutics.
基于CRISPR的基因编辑有可能彻底改变遗传脑疾病的治疗。然而, 大脑分娩并发症限制了基于CRISPR的治疗剂的实用性。解决这个关键 需要,我们开发了一种新的基因编辑递送工具,称为CRISPR-PEG,该工具由Cas9组成 RNP与聚乙二醇(PEG)结合。 CRISPR-PEG作为送货工具具有巨大的希望 由于其出色的生物相容性,PEG的临床记录及其增强的组织 与纳米颗粒相比,扩散能力。我们的初步结果表明CRISPR-PEG提供 并在小鼠运动皮质或纹状体中有效地编辑神经元;颅内注射后,神经元为 具有高特异性(45〜85%)。值得注意的是,CRISPR-PEG还编辑了嗅球中的神经元 鼻内给药。这些令人兴奋的结果表明,CRISPR-PEG作为生物工具具有巨大的潜力,并且 作为开发治疗剂的平台。在此提案中,我们将测试我们新颖的送货车CRISPR-PEG 脆弱的X综合征(FXS)。我们选择了FXS作为CRISPR-PEG的测试床,因为它是最常见的 智力残疾的继承原因,没有可用的治疗。此外,FXS具有单一原因, 即FMR1启动子区域中扩展的CGG重复> 200和高甲基化,这导致沉默 脆弱的X智力低下1(FMR1)基因。因此,该提案的核心目标是(1)测试 CRISPR-PEG通过靶向FXS相关基因,以及(2)开发新的CRISPR-PEG变体 随着扩散和效率的提高。中心假设是:新型的非病毒递送工具crispr- PEG会将Cas9 RNP传递到大脑中,有效地编辑神经元中的FXS相关基因,并从 多个与FXS相关的表型。中心目标将通过完成以下内容来实现 具体目标。 具体目标1。在FXS的小鼠模型中使用CRISPR-PEG作为原理证明。 特定目标2。使用CRISPR-PEG重新激活FMR1基因表达。 特定目的3。开发CRISPR-PEG在整个大脑中扩散并有效地编辑大脑组织。 这项拟议的研究完成后,我们将制定有效的基因编辑神经元的策略 使用新型的非病毒递送车CRISPR-PEG。我们提出的研究很重要,因为结果 将为FXS开发FXS和脆弱的X相关疾病的疗法提供基础 不足。此外,我们将开发一种基于非病毒的车辆,该车辆可以在 单个注射。该提案中的实验具有很高的创新性,因为我们将发展有效 和安全的非病毒递送工具,这将大大推动神经科学和基于CRISPR的领域 疗法。

项目成果

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