Choice of template delivery mitigates the genotoxic risk and adverse impact of editing in human hematopoietic stem cells

生物 基因组编辑 转导(生物物理学) 基因传递 同源定向修复 病毒载体 遗传增强 干细胞 祖细胞 造血 细胞生物学 DNA损伤 DNA 计算生物学 遗传学 重组DNA 基因 基因组 核苷酸切除修复 生物化学
作者
Samuele Ferrari,Aurélien Jacob,Daniela Cesana,Marianne Laugel,Stefano Beretta,Angelica Varesi,Giulia Unali,Anastasia Conti,Daniele Canarutto,Luisa Albano,Andrea Calabria,Valentina Vavassori,Carlo Cipriani,Maria Carmina Castiello,Simona Esposito,Chiara Brombin,Federica Cugnata,Oumeya Adjali,Eduard Ayuso,Ivan Merelli,Anna Villa,Raffaella Di Micco,Anna Kajaste‐Rudnitski,Eugenio Montini,Magalie Penaud‐Budloo,Luigi Naldini
出处
期刊:Cell Stem Cell [Elsevier]
卷期号:29 (10): 1428-1444.e9 被引量:69
标识
DOI:10.1016/j.stem.2022.09.001
摘要

Long-range gene editing by homology-directed repair (HDR) in hematopoietic stem/progenitor cells (HSPCs) often relies on viral transduction with recombinant adeno-associated viral vector (AAV) for template delivery. Here, we uncover unexpected load and prolonged persistence of AAV genomes and their fragments, which trigger sustained p53-mediated DNA damage response (DDR) upon recruiting the MRE11-RAD50-NBS1 (MRN) complex on the AAV inverted terminal repeats (ITRs). Accrual of viral DNA in cell-cycle-arrested HSPCs led to its frequent integration, predominantly in the form of transcriptionally competent ITRs, at nuclease on- and off-target sites. Optimized delivery of integrase-defective lentiviral vector (IDLV) induced lower DNA load and less persistent DDR, improving clonogenic capacity and editing efficiency in long-term repopulating HSPCs. Because insertions of viral DNA fragments are less frequent with IDLV, its choice for template delivery mitigates the adverse impact and genotoxic burden of HDR editing and should facilitate its clinical translation in HSPC gene therapy.

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