編集効率とタンパク質安定性をともに改善

人工知能（AI）で逆転写酵素（RT）を再設計し、プライムエディターのタンパク質安定性と編集効率を改善した研究がNature Biotechnologyに掲載された。研究チームが開発したPE8は、ヒト初代細胞を含むin vitro実験で編集効率が向上し、マウスでは比較対象の既存エディターの最大2.9倍の編集効率を示した。

プライムエディターの性能向上には、タンパク質工学や実験室進化が用いられてきた。しかし、編集効率を高める変異が、タンパク質のほかの特性も改善するとは限らない。今回、研究チームは、従来の効率向上変異がタンパク質の安定性と発現量を損ない、性能を制限する問題を確認した。そこで、触媒作用に必要な領域を保ちながら、RTの安定性と発現を改善する再設計戦略を適用した。

RT再設計でタンパク質量と編集効率が上昇

研究チームは、逆フォールディングニューラルネットワークProteinMPNNなど、構造情報を活用するAI手法を用いて、タンパク質工学と実験室進化で改良されたプライムエディターのRT領域を再設計した。触媒作用に不可欠な領域は保存したという。再設計したRTには30–163個のアミノ酸置換が含まれ、フォールディング安定性と可溶性発現が改善した。

メッセンジャーRNA（mRNA）を導入した後、細胞内のプライムエディタータンパク質量は比較対象の最大2倍になった。これは細胞内のエディタータンパク質量を比較した結果であり、フォールディング安定性や可溶性発現の改善とは別に報告された数値だ。可溶性発現そのものが2倍になった、あるいはタンパク質の半減期が延びたという意味には解釈できない。

再設計したPE8は、複数のヒト初代細胞種と複数の導入法を含むin vitro条件で編集効率の向上を示した。マウスでもPE6、PE7、PEmaxと比べて、編集効率が最大2.9倍になった。評価されたのは編集効率であり、時間経過に伴う編集速度の向上を意味しない。

ただし、提供された抄録には細胞種や導入法ごとの数値、マウスの標的組織、絶対編集効率、比較群ごとの結果は記載されていない。最大2.9倍という相対値を、すべての標的や導入条件で再現するものと一般化することは難しい。

構造に基づく設計が実験室進化を補完

今回の研究は、実験室進化で得られたエディターの性能を、構造に基づく再設計でさらに改善できる根拠を示した。研究チームは、この手法を実験室進化を補完し、ゲノム編集ツールを改良する一般化可能なアプローチと捉えている。編集効率だけでなく、タンパク質の安定性と発現量も合わせて検討する設計戦略に意義がある。

ヒト初代細胞とマウスでの結果は非臨床エビデンスである。患者における治療効果や臨床上の安全性を証明するものではなく、ほかのゲノム編集ツールでも同じ改善が得られるかは別途検証が必要だ。実際の適用範囲を判断するには、論文全文と補足資料で標的・導入条件、サンプル数、統計的不確実性、安全性評価の内容を確認する必要がある。

研究内容は、提供されたEurope PMCの書誌レコードと抄録に基づく。