Разработка препаратов, полученных путем редактирования генома: регуляторная практика
https://doi.org/10.30895/1991-2919-2023-481
Резюме
Новейшим подходом в генной терапии является использование систем редактирования генома соматических клеток для лечения пациентов с наследственными моногенными, онкологическими заболеваниями и инфицированных вирусом иммунодефицита человека. Редактирование генома позволяет изменить дефектный ген или провести его полное удаление с помощью систем «нуклеазы с цинковыми пальцами» (ZFN), «эффекторные нуклеазы, подобные активаторам транскрипции» (TALEN) и «короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами с CRISPR-ассоциированным белком 9» (CRISPR-Cas9).
Цель работы: анализ мирового опыта и нормативных требований к разработке препаратов, полученных с использованием технологии редактирования генома постнатальных соматических клеток.
В работе описаны принципы методов редактирования генов CRISPR, ZFN, TALEN, сравнение преимуществ и недостатков каждого подхода. Разработка, производство и оценка препаратов, полученных с использованием технологий редактирования генома, так же как и этические аспекты их применения, требуют особого подхода со стороны регуляторных и законодательных органов. В настоящее время требования и рекомендации к разработке таких препаратов ограничиваются преимущественно необходимостью оценки возникновения нецелевых эффектов и рисков отложенных по времени нежелательных явлений; возможностью адаптации дизайна клинических исследований в аспекте применения суррогатных конечных точек, исключения из исследований здоровых добровольцев и групп сравнения, выбора начальной дозы для клинических исследований на основе научных данных. Кроме того, должны быть разработаны регуляторные подходы для государственной регистрации препаратов на основе систем редактирования генома.
Ключевые слова
Об авторах
Н. С. ПокровскийРоссия
Покровский Никита Станиславович
Петровский б-р, д. 8, стр. 2, Москва, 127051
М. А. Водякова
Россия
Водякова Марина Андреевна
Петровский б-р, д. 8, стр. 2, Москва, 127051
Е. В. Мельникова
Россия
Мельникова Екатерина Валерьевна, канд. биол. наук
Петровский б-р, д. 8, стр. 2, Москва, 127051
В. А. Меркулов
Россия
Меркулов Вадим Анатольевич, д-р мед. наук, проф.
Петровский б-р, д. 8, стр. 2, Москва, 127051;
Трубецкая ул., д. 8, стр. 2, Москва, 119991
Список литературы
1. Rees HA, Minella AC, Burnett CA, Komor AC, Gaudelli NM. CRISPR-derived genome editing therapies: progress from bench to bedside. Mol Ther. 2021;29(11):3125–39. https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2021.09.027
2. Howard HC, van El CG, Forzano F, Radojkovic D, Rial-Seb bag E, de Wert G, et al. One small edit for humans, one giant edit for humankind? Points and questions to consider for a responsible way forward for gene editing in humans. Eur J Hum Genet. 2018;26(1):1–11. https://doi.org/10.1038/s41431-017-0024-z
3. Reardon S. Leukaemia success heralds wave of gene-editing therapies. Nature. 2015;527(7577):146–7. https://doi.org/10.1038/nature.2015.18737
4. Tebas P, Stein D, Tang WW, Frank I, Wang SQ, Lee G, et al. Gene editing of CCR5 in autologous CD4 T cells of persons infected with HIV. N Engl J Med. 2014;370(10):901–10. https://doi.org/10.1056/NEJMoa1300662
5. Orkin SH, Bauer DE. Emerging genetic therapy for sickle cell disease. Annu Rev Med. 2019;70:257–71. https://doi.org/10.1146/annurev-med-041817-125507
6. Ledford H. CRISPR treatment inserted directly into the body for first time. Nature. 2020;579(7798):185. https://doi.org/10.1038/d41586-020-00655-8
7. Sather BD, Romano Ibarra GS, Sommer K, Curinga G, Hale M, Khan IF, et al. Efficient modification of CCR5 in primary human hematopoietic cells using a megaTAL nuclease and AAV donor template. Sci Transl Med. 2015;7(307):307ra156. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.aac5530
8. Urnov FD. Imagine CRISPR cures. Mol Ther. 2021;29(11):3103–6. https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2021.10.019
9. Cyranoski D. The CRISPR-baby scandal: what’s next for human gene-editing. Nature. 2019;566(7745):440–2. https://doi.org/10.1038/d41586-019-00673-1
10. Jessen H, Allen TM, Streeck H. How a single patient influenced HIV research — 15-year follow-up. New Engl J Med. 2014;370(7):682–3. https://doi.org/10.1056/NEJMc1308413
11. Lederman MM, Penn-Nicholson A, Cho M, Mosier D. Biology of CCR5 and its role in HIV infection and treatment. JAMA. 2006;296(7):815–26. https://doi.org/10.1001/jama.296.7.815
12. Горяев АА, Савкина МВ, Мефед КМ, Бондарев ВП, Меркулов ВА, Тарасов ВВ. Редактирование генома и биомедицинские клеточные продукты: современное состояние, безопасность и эффективность. БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение. 2018;18(3):140–9. https://doi.org/10.30895/2221-996X-2018-18-3-140-149
13. Doudna JA, Charpentier E. The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9. Science. 2014;346(6213):1258096. https://doi.org/10.1126/science.1258096
14. Joung JK, Sander JD. TALENs: a widely applicable technology for targeted genome editing. Nat Rev Mol Cell Biol. 2013;14(1):49–55. https://doi.org/10.1038/nrm3486
15. Urnov FD, Rebar EJ, Holmes MC, Zhang HS, Gregory PD. Genome editing with engineered zinc finger nucleases. Nat Rev Genet. 2010;11(9):636–46. https://doi.org/10.1038/nrg2842
16. Jinek M, Chylinski K, Fonfara I, Hauer M, Doudna JA, Charpentier E. A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. Science. 2012;337(6096):816–21. https://doi.org/10.1126/science.1225829
17. Kim YG, Cha J, Chandrasegaran S. Hybrid restriction enzymes: zinc finger fusions to Fok I cleavage domain. Proc Natl Acad Sci USA. 1996;93(3):1156–60. https://doi.org/10.1073/pnas.93.3.1156
18. Christian M, Cermak T, Doyle EL, Schmidt C, Zhang F, Hummel A, et al. Targeting DNA double-strand breaks with TAL effector nucleases. Genetics. 2010;186(2):757–61. https://doi.org/10.1534/genetics.110.120717
19. Khan SH. Genome-editing technologies: concept, pros, and cons of various genome-editing techniques and bioethical concerns for clinical application. Mol Ther Nucleic Acids. 2019;16:326–34. https://doi.org/10.1016/j.omtn.2019.02.027
20. Doudna JA. The promise and challenge of therapeutic genome editing. Nature. 2020;578(7794):229–36. https://doi.org/10.1038/s41586-020-1978-5
21. Min YL, Bassel-Duby R, Olson EN. CRISPR correction of Duchenne muscular dystrophy. Annu Rev Med. 2019;70:239–55. https://doi.org/10.1146/annurev-med-081117-010451
22. Wilson RC, Carroll D. The daunting economics of therapeutic genome editing. CRISPR J. 2019;2(5):280–4. https://doi.org/10.1089/crispr.2019.0052
23. Porteus MH. A new class of medicines through DNA editing. N Engl J Med. 2019;380(10):947–59. https://doi.org/10.1056/NEJMra1800729
24. Saayman S, Ali SA, Morris KV, Weinberg MS. The therapeutic application of CRISPR/Cas9 technologies for HIV. Expert Opin Biol Ther. 2015;15(6):819–30. https://doi.org/10.1517/14712598.2015.1036736
25. Allers K, Schneider T. CCR5Δ32 mutation and HIV infection: basis for curative HIV therapy. Curr Opin Virol. 2015;14:24–29. https://doi.org/10.1016/j.coviro.2015.06.007
26. Ebina H, Misawa N, Kanemura Y, Koyanagi Y. Harnessing the CRISPR/Cas9 system to disrupt latent HIV-1 provirus. Sci Rep. 2013;3:2510. https://doi.org/10.1038/srep02510
27. Hu W, Kaminski R, Yang F, Zhang Y, Cosentino L, Li F, et al. RNA-directed gene editing specifically eradicates latent and prevents new HIV-1 infection. Proc Natl Acad Sci USA. 2014;111(31):11461–6. https://doi.org/10.1073/pnas.1405186111
28. Benjamin R, Berges BK, Solis-Leal A, Igbinedion O, Strong CL, Schiller MR. TALEN gene editing takes aim on HIV. Hum Genet. 2016;135(9):1059–70. https://doi.org/10.1007/s00439-016-1678-2
29. Didigu CA, Wilen CB, Wang J, Duong J, Secreto AJ, Danet-Desnoyers GA, et al. Simultaneous zinc-finger nuclease editing of the HIV coreceptors ccr5 and cxcr4 protects CD4+ T cells from HIV-1 infection. Blood. 2014;123(1):61–9. https://doi.org/10.1182/blood-2013-08-521229
30. Yuan J, Wang J, Crain K, Feams C, Kim KA, Hua KL, et al. Zinc-finger nuclease editing of human cxcr4 promotes HIV-1 CD4(+) T cell resistance and enrichment. Mol Ther. 2012;20(4):849–59. https://doi.org/10.1038/mt.2011.310
31. Long C, McAnally JR, Shelton JM, Mireault AA, Bassel-Duby R, Olson EN. Prevention of muscular dystrophy in mice by CRISPR/Cas9-mediated editing of germline DNA. Science. 2014;345(6201):1184–8. https://doi.org/10.1126/science.1254445
32. Wang L, Yang Y, Breton C, Bell P, Li M, Zhang J, et al. A mutation-independent CRISPR-Cas9-mediated gene targeting approach to treat a murine model of ornithine transcarbamylase deficiency. Sci Adv. 2020;6(7):eaax5701. https://doi.org/10.1126/sciadv.aax5701
33. Estève J, Blouin JM, Lalanne M, Azzi-Martin L, Dubus P, Bidet A, et al. Targeted gene therapy in human-induced pluripotent stem cells from a patient with primary hyperoxaluria type 1 using CRISPR/Cas9 technology. Biochem Biophys Res Commun. 2019;517(4):677–83. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2019.07.109
34. Zuris JA, Thompson DB, Shu Y, Guilinger JP, Bessen JL, Hu JH, et al. Cationic lipid-mediated delivery of proteins enables efficient protein-based genome editing in vitro and in vivo. Nat Biotechnol. 2015;33(1):73–80. https://doi.org/10.1038/nbt.3081
35. Pavel-Dinu M, Wiebking V, Dejene BT, Srifa W, Mantri S, Nicolas CE, et al. Gene correction for SCID-X1 in long-term hematopoietic stem cells. Nat Commun. 2019;10(1):5624. https://doi.org/10.1038/s41467-019-09614-y
36. Park H, Oh J, Shim G, Cho B, Chang Y, Kim S, et al. In vivo neuronal gene editing via CRISPR-Cas9 amphiphilic nanocomplexes alleviates deficits in mouse models of Alzheimer’s disease. Nat Neurosci. 2019;22(4):524–28. https://doi.org/10.1038/s41593-019-0352-0
37. Bengtsson NE, Hall JK, Odom GL, Phelps MP, Andrus CR, Hawkins RD, et al. Muscle-specific CRISPR/Cas9 dystrophin gene editing ameliorates pathophysiology in a mouse model for Duchenne muscular dystrophy. Nat Commun. 2017;8:16007. https://doi.org/10.1038/ncomms14454
38. Alapati D, Zacharias WJ, Hartman HA, Rossidis AC, Stratigis JD, Ahn NJ, et al. In utero gene editing for monogenic lung disease. Sci Transl Med. 2019;11(488):eaav8375. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.aav8375
39. Brusson M, Miccio A. Genome editing approaches to β-hemoglobinopathies. Prog Mol Biol Transl Sci. 2021;182:153–83. https://doi.org/10.1016/bs.pmbts.2021.01.025
40. Modarai SR, Kanda S, Bloh K, Opdenaker LM, Kmiec EB. Precise and error-prone CRISPR-directed gene editing activity in human CD34+ cells varies widely among patient samples. Gene Ther. 2021;28:105–13. https://doi.org/10.1038/s41434-020-00192-z
41. Palmer DC, Guittard GC, Franco Z, Crompton JG, Eil RL, Patel SJ, et al. Cish actively silences TCR signaling in CD8+ T cells to maintain tumor tolerance. J Exp Med. 2015;212(12):2095–113. https://doi.org/10.1084/jem.20150304
42. Osborn MJ, Webber BR, Knipping F, Lonetree C, Tennis N, DeFeo AP, et al. Evaluation of TCR gene editing achieved by TALENs, CRISPR/Cas9, and megaTAL nucleases. Mol Ther. 2016;24(3):570–81. https://doi.org/10.1038/mt.2015.197
43. Tran E, Ahmadzadeh M, Lu YC, Gros A, Turcotte S, Robbins PF, et al. Immunogenicity of somatic mutations in human gastrointestinal cancers. Science. 2015;350(6266):1387–90. https://doi.org/10.1126/science.aad1253
44. Hu Z, Ding W, Zhu D, Yu L, Jiang X, Wang X, et al. TALEN-mediated targeting of HPV oncogenes ameliorates HPV-related cervical malignancy. J Clin Invest. 2015;125(1):425–36. https://doi.org/10.1172/JCI78206
45. DiGiusto DL, Cannon PM, Holmes MC, Li L, Rao A, Wang J, et al. Preclinical development and qualification of ZFN-mediated CCR5 disruption in human hematopoietic stem/progenitor cells. Mol Ther Methods Clin Dev. 2016;3:16067. https://doi.org/10.1038/mtm.2016.67
46. Choi M, Han E, Lee S, Kim T, Shin W. Regulatory oversight of gene therapy and cell therapy products in Korea. Adv Exp Med Biol. 2015;871:163–79. https://doi.org/10.1007/978-3-319-18618-4_9
47. Claussnitzer M, Cho JH, Collins R, Cox NJ, Dermitzakis ET, Hurles ME, et al. A brief history of human disease genetics. Nature. 2020;577(7789):179–89. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1879-7
48. Turro E, Astle WJ, Megy K, Gräf S, Greene D, Shamardina O, et al. Whole-genome sequencing of patients with rare diseases in a national health system. Nature. 2020;583(7814):96–102. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2434-2
49. Frangoul H, Altshuler D, Cappellini MD, Chen YS, Domm J, Eustace BK, et al. CRISPR-Cas9 gene editing for sickle cell disease and β-thalassemia. New Engl J Med. 2021;384(3):252–60. https://doi.org/10.1056/NEJMoa2031054
Дополнительные файлы
![]() |
1. Таблица 3. Примеры изучения in vitro и in vivo потенциала применения систем редактирования генома для лечения заболеваний | |
Тема | ||
Тип | Исследовательские инструменты | |
Скачать
(1MB)
|
Метаданные ▾ |
![]() |
2. Таблица 4. Примеры использования систем редактирования генома в клинической практике | |
Тема | ||
Тип | Исследовательские инструменты | |
Скачать
(711KB)
|
Метаданные ▾ |
![]() |
3. Таблица 5. Примеры нормативных документов, регулирующих разработку препаратов на основе технологии редактирования генома соматических клеток | |
Тема | ||
Тип | Исследовательские инструменты | |
Скачать
(689KB)
|
Метаданные ▾ |
Рецензия
Для цитирования:
Покровский Н.С., Водякова М.А., Мельникова Е.В., Меркулов В.А. Разработка препаратов, полученных путем редактирования генома: регуляторная практика. Ведомости Научного центра экспертизы средств медицинского применения. Регуляторные исследования и экспертиза лекарственных средств. 2023;13(2-1):248-260. https://doi.org/10.30895/1991-2919-2023-481
For citation:
Pokrovsky N.S., Vodyakova M.A., Melnikova E.V., Merkulov V.A. Development of Medicinal Products Based on Gene-Editing Technology: Regulatory Practices. Bulletin of the Scientific Centre for Expert Evaluation of Medicinal Products. Regulatory Research and Medicine Evaluation. 2023;13(2-1):248-260. (In Russ.) https://doi.org/10.30895/1991-2919-2023-481