Comprehensive AAV capsid fitness landscape reveals a viral gene and enables machine-guided design

衣壳 生物 计算生物学 基因 健身景观 病毒学 遗传学 进化生物学 计算机科学 医学 环境卫生 人口
作者
Pierce J. Ogden,Eric D. Kelsic,Sam Sinai,George M. Church
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:366 (6469): 1139-1143 被引量:371
标识
DOI:10.1126/science.aaw2900
摘要

Adeno-associated virus (AAV) capsids can deliver transformative gene therapies, but our understanding of AAV biology remains incomplete. We generated the complete first-order AAV2 capsid fitness landscape, characterizing all single-codon substitutions, insertions, and deletions across multiple functions relevant for in vivo delivery. We discovered a frameshifted gene in the VP1 region that expresses a membrane-associated accessory protein that limits AAV production through competitive exclusion. Mutant biodistribution revealed the importance of both surface-exposed and buried residues, with a few phenotypic profiles characterizing most variants. Finally, we algorithmically designed and experimentally verified a diverse in vivo targeted capsid library with viability far exceeding random mutagenesis approaches. These results demonstrate the power of systematic mutagenesis for deciphering complex genomes and the potential of empirical machine-guided protein engineering.
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