普林斯顿研究人员开发出更精确的基因编辑工具

尽管基于CRISPR的基因编辑的特异性是高度准确和通用的，但安装这些编辑的效率一直很低。在本文中，Adamson实验室描述了一个更高效的编辑器。

　　

普林斯顿大学的科学家们对一种基于CRISPR的基因编辑工具进行了重大改进，这种工具被称为“先导编辑（prime editing）”。

通过多年的基因编辑系统工程，研究人员已经开发出一套工具，可以修改活细胞中的基因组，类似于“基因组手术”。这些工具，包括基于被称为CRISPR/Cas9的自然系统的工具，为解决未满足的临床需求提供了巨大的潜力，最近FDA批准了第一个基于CRISPR/Cas9的疗法。

一种被称为“先导编辑”的相对较新的方法使基因编辑具有卓越的准确性和高通用性，但有一个关键的权衡:编辑安装的可变和通常低效率。换句话说，虽然prime editing可以高精度地进行，而且几乎没有不必要的副产品，但这种方法也经常无法在合理的频率上进行这些编辑。

增强prime editing的新技术

在2024年4月18日发表在《Nature》杂志上的一篇论文中，普林斯顿大学的科学家Jun Yan和Britt Adamson以及几位同事描述了一种更高效的prime editing。

Prime editing系统至少由两个组成部分组成:CRISPR/Cas9蛋白质元件的修饰版本和称为pegRNA的核糖核酸(RNA)分子。这些成分在几个协调的步骤中一起工作:首先，pegRNA结合蛋白质并将产生的复合物引导到基因组中所需的位置。在那里，蛋白质切割DNA，并使用编码在pegRNA上的模板序列，“反向转录”编辑到附近的基因组中。通过这种方式，先导编辑将精确的序列“写入”目标DNA。

Adamson说:“先导编辑是一种非常强大的基因组编辑工具，因为它使我们能够更好地控制基因组序列的改变方式。”

实验见解与创新

在他们的研究开始时，Adamson和Yan, Adamson研究小组和分子生物系的研究生，认为未知的细胞过程可能有助于或阻碍主要编辑。为了确定这些过程，Yan提出了一个概念上简单的计划:首先，将设计一个细胞系，当安装某些prime编辑时，它会发出绿色荧光。然后，他将系统地阻断这些细胞中正常表达的蛋白质的表达，并测量编辑诱导的荧光，以确定哪些蛋白质会影响prime编辑。通过执行这一计划，该团队确定了36个prime编辑的细胞决定因素，其中只有一个，小RNA结合蛋白LA-promoted editing。

“虽然促进prime编辑显然不是La蛋白的正常功能，但我们的实验表明，它可以有力地促进这一过程，”Yan说。

在细胞内，已知La可以结合通常在新生小RNA分子末端发现的特定序列，并保护这些RNA免受降解。普林斯顿大学的研究小组立即认识到，Yan在第一次实验中部署的pegRNA可能包含这些精确的序列，称为多尿苷片（polyuridine tracts），因为它们是细胞中pegRNA表达的典型但经常被忽视的副产品。随后的实验表明，这些pegRNA无意中利用La的末端结合活性来保护和促进prime编辑。

PE7蛋白的开发

受他们的研究结果的启发，研究小组提出了一个问题:将结合多尿苷片的La部分与标准的prime编辑蛋白融合是否可以提高prime编辑效率。他们兴奋地发现，由此产生的蛋白质，他们称之为PE7，在各种条件下都大大提高了预期的prime编辑效率，并且在使用一些prime编辑系统时，使不需要的副产物的频率非常低。他们的结果很快引起了对在人类原代细胞中使用prime编辑技术感兴趣的同事的注意，包括波士顿儿童医院和哈佛医学院的Daniel Bauer和加州大学旧金山分校的Alexander Marson。与来自这些实验室的科学家一起，研究小组继续证明，PE7还可以提高治疗相关细胞类型的prime编辑效率，为未来的临床应用提供了更大的希望。

Daniel Bauer指出:“这项工作是一个很好的例子，说明深入探索细胞的内部运作可以带来意想不到的见解，这可能会在短期内对生物医学产生影响。”

参考文献: “Improving prime editing with an endogenous small RNA-binding protein” by Jun Yan, Paul Oyler-Castrillo, Purnima Ravisankar, Carl C. Ward, Sébastien Levesque, Yangwode Jing, Danny Simpson, Anqi Zhao, Hui Li, Weihao Yan, Laine Goudy, Ralf Schmidt, Sabrina C. Solley, Luke A. Gilbert, Michelle M. Chan, Daniel E. Bauer, Alexander Marson, Lance R. Parsons and Britt Adamson, 3 April 2024, Nature.