David R. Liuチームはこれまで、タンパク質工学と実験室進化を利用してプライムエディター（PE）を最適化してきました。その中で、PEの重要な構成因子である逆転写酵素（RT）[右図のPEモデル図参照] の触媒活性の最適化が実現されPEの効率を向上させることができましたが、PEの安定性と発現レベルの向上については置き去りにされていました。この２つの特性を向上させることは、特に用量を最小限にすることが求められる臨床応用において、重要です。 David R. Liuチームは今回、安定性と発現レベルの向上を目指してPEの逆転写酵素（RT）ドメインの再設計を試みました。「タンパク質の発現、安定性、および機能を改善」するAIタンパク質設計フレームワークであるProteinMPNN [＃] を利用して、AI 誘導配列再設計を進めました。
これまでにタンパク質工学と指向性進化法によって触媒特性が最適化されたRTを出発点として、熱力学的に安定化されたRTを生成しました。Ec48、Tf1、および M-MLV 由来の RT に基づく再設計された RT は、触媒活性を維持しつつ、広範囲な変異を帯び （30～163個のアミノ酸置換）、折り畳み安定性と可溶性発現が向上し、mRNA送達後の細胞内でのPEタンパク質レベルが最大2倍高くなりました。
これらの安定化された RT をPEに組み込み、脂質ナノ粒子 (LNP) ベースの製剤を使用して対応する mRNA をデリバリーすることで、ClinVar データベースの 700 の病原性変異のPEによる修正効率の平均値が向上しました。
これらの再設計されたPEは、治療標的の編集においても、性能向上を実証しました。これには、初代T細胞および造血幹細胞・前駆細胞（HSPC）における体外細胞療法のためのmRNAエレクトロポレーション、遺伝子操作されたウイルス様粒子（eVLP）[crisp_bio 2022-01-15] を介したリボ核タンパク質（RNP）送達、インターロイキン-2（IL-2）が細胞内在のIL-2には作用せず人工のCAR-T細胞などに特異的に作用するにした試薬の生体内LNP送達、およびブルーム症候群、クリグラー・ナジャール症候群、テイ＝サックス病、鎌状赤血球症、家族性高コレステロール血症を引き起こす病原性アレルを修正するアプリケーションが含まれます。
再設計RTをベースとするPEは、PE6 および PEmax-La（PE7） 変異体よりも全般的に優れた性能を示すことから、PE8（PE8max、PE8c、PE8d）と命名されました。
これらの結果を総合すると、安定化されたRTはPEの性能と適用範囲を拡大することが実証され、タンパク質の深層学習モデルに基づいた再設計は、複雑な多基質指向性進化タンパク質を強化するための一般的なアプローチを提供する可能性があると思われます。
非の打ち所がないPEがPE10として登場する日を待ちましょう。
[＃] ProteinMPNN関連crisp_bio記事と論文
- crisp_bio 2022-09-28 深層学習で幻視した対称構造を持つホモオリゴマータンパク質7種類の結晶化；"Hallucinating symmetric protein assemblies", "Robust deep learning–based protein sequence design using ProteinMPNN" (David Baker)
- crisp_bio 2023-10-08 ProteinMPNNを利用して、天然タンパク質の発現, 安定性, および機能を向上. ；"Improving Protein Expression, Stability, and Function with ProteinMPNN" (David Baker)
- Nature 2024-06-19/Jul "Computational design of soluble and functional membrane protein analogue" Casper A Goverde , Martin Pacesa, Nicolas Goldbach [..] David Baker, Sergey Ovchinnikov, Alex J Vecchio, Bruno E Correia.
- 2025-07-16 蛋白質工学において, 構造的制約と進化的制約を汎用的な逆フォールディングモデルに統合するアプローチAiCE (AI-informed constraints for protein engineering)を考案・実装し, 塩基エディターの高精度化と高活性化に応用. ；"Advancing protein evolution with inverse folding models integrating structural and evolutionary constraints."（中国科学院）
[出典] "AI-guided redesign of laboratory-evolved reverse transcriptases enhances prime editing" Y. Allen Tao (1,2,3), Holt A. Sakai (1,2,3), Allen Y. Jiang (1,2,3), Nicholas A. Krasnow (1,2,3) [..] David R. Liu (1,2,3). Nat Biotechnol. 2026-05-21. https://doi.org/10.1038/s41587-026-03149-6
- Merkin Institute of Transformative Technologies in Healthcare, The Broad Institute of MIT and Harvard, Cambridge, MA, USA.
- Department of Chemistry and Chemical Biology, Harvard University, Cambridge, MA, USA.
- Howard Hughes Medical Institute, Harvard University, Cambridge, MA, USA.
- Institute for Medical Engineering and Sciences, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, USA.
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