大牛实验室再次突破：eePASSIGE技术开启基因编辑新纪元

这项新技术是由麻省理工学院博德研究所(Broad Institute of MIT)和哈佛大学(Harvard)的科学家们共同开发的，它代表了基因编辑领域的一项重要进展。这项技术的核心在于能够高效地在人类细胞基因组中插入或替换整个基因，为治疗遗传性疾病提供了新的可能性。

　　

麻省理工学院博德研究所(Broad Institute of MIT)和哈佛大学(Harvard)的科学家们改进了一种基因编辑技术，该技术现在能够有效地在人类细胞基因组中插入或替换整个基因，足以用于潜在的治疗应用。Broad核心研究所成员David Liu的实验室取得的这一进展，有一天可能会帮助研究人员开发出一种单基因疗法，用于治疗由数百或数千种不同基因突变之一引起的囊性纤维化等疾病。使用这种新方法，他们将在基因组的原始位置插入一个健康的基因拷贝，而不必使用其他进行较小编辑的基因编辑方法来创建不同的基因疗法来纠正每个突变。

这种新方法结合了prime编辑和新开发的重组酶，前者可以直接进行大范围的编辑，最多可达100或200个碱基对，后者可以有效地在基因组的特定位点插入数千个碱基对的大片段DNA。这个系统被称为eePASSIGE，它可以比其他类似的方法更有效地进行基因大小的编辑，并在《Nature Biomedical Engineering》上发表。

技术要点：

• 基因编辑的目标：传统的基因编辑技术主要集中于小范围的DNA序列修改，而这项新技术能够进行大范围的基因编辑，甚至能够插入或替换整个基因。

• eePASSIGE系统：它结合了prime编辑技术和新开发的重组酶。prime编辑能够进行大范围的编辑，而重组酶能够在基因组的特定位点插入大片段的DNA。

• 应用前景：这项技术有望开发出单基因疗法，治疗如囊性纤维化等由多种基因突变引起的疾病。通过在基因组的原始位置插入健康的基因拷贝，可以避免针对每种突变开发不同的疗法。

• 效率提升：eePASSIGE系统在效率上显著优于现有技术，能够在小鼠和人类细胞中实现高达30%的基因整合效率，这为临床应用提供了希望。如果eePASSIGE系统的效率能够在临床环境中得到体现，许多由功能丧失基因引起的遗传疾病都有望得到改善或治疗。

• 改进的重组酶：通过使用PACE（噬菌体辅助连续进化）工具，进化出了更有效的Bxb1重组酶版本，即eeBxb1，这大大提高了基因编辑的效率。

• 下一步研究：Liu的团队正在探索将eePASSIGE与递送系统（如工程病毒样颗粒）结合，以克服基因编辑在体内治疗中的递送障碍。

 

 “据我们所知，这是哺乳动物细胞中可编程靶向基因整合的第一个例子之一，满足潜在治疗相关的主要标准，”David Liu说。“在这些效率下，如果我们在培养的人类细胞中观察到的效率可以转化为临床环境，我们期望许多(如果不是大多数)功能丧失的遗传疾病可以得到改善或拯救。”

Liu小组的研究生Smriti Pandey和博士后研究员Daniel Gao是该研究的共同第一作者，该研究还与明尼苏达大学的Mark Osborn小组和Beth Israel女执事医疗中心的Elliot Chaikof小组合作。

Pandey说:“这个系统为细胞治疗提供了很有希望的机会，在给病人治疗疾病之前，它可以用来精确地将基因插入体外细胞，以及其他应用。”

“看到eePASSIGE的高效率和多功能性是令人兴奋的，它可能会成为一种新的基因组药物类别，”Gao补充说。“我们也希望它能成为整个研究界的科学家用来研究基本生物学问题的工具。”

改进的过程

许多科学家已经使用prime编辑来有效地对DNA进行长达数十个碱基对的修改，足以纠正绝大多数已知的致病突变。但是，将整个健康基因(通常有数千个碱基对长)引入基因组的原始位置，一直是基因编辑领域的一个长期目标。这不仅有可能治疗许多患者，而不管他们的致病基因发生了哪种突变，而且还可以保存周围的DNA序列，这将增加新安装的基因得到适当调节的可能性，而不是表达太多、太少或在错误的时间。

2021年，Liu的实验室报告了实现这一目标的关键一步，并开发了一种称为twinPE的prime编辑方法，该方法将重组酶“着陆点”安装在基因组中，然后使用天然重组酶(如Bxb1)催化将新DNA插入prime编辑的目标位点。

Liu与人共同创立的生物技术公司Prime Medicine很快就开始使用这项技术，他们称之为PASSIGE(prime编辑辅助位点特异性整合酶基因编辑)，来开发遗传性疾病的治疗方法。

PASSIGE只在一小部分细胞中进行编辑，这足以治疗一些(但可能不是大多数)由于失去功能基因而导致的遗传疾病。因此，Liu的团队在今天报告的新工作中着手提高PASSIGE的编辑效率。他们发现重组酶Bxb1是限制PASSIGE效率的罪魁祸首。然后，他们使用Liu的团队先前开发的一种名为PACE(噬菌体辅助连续进化)的工具，在实验室中快速进化出更有效的Bxb1版本。

由此产生的新进化和工程化的Bxb1变体(eeBxb1)改进了eePASSIGE方法，在小鼠和人类细胞中整合平均30%的基因大小的货物，是原始技术的4倍，是最近发表的另一种方法的16倍，称为PASTE。

Liu说:“eePASSIGE系统为研究在我们选择的遗传疾病的细胞和动物模型中整合健康基因拷贝以治疗功能丧失疾病提供了一个有希望的基础。我们希望这个系统将被证明是朝着实现目标基因整合对患者的好处迈出的重要一步。”

带着这个目标，Liu的团队现在正致力于将eePASSIGE与递送系统(如工程病毒样颗粒(eVLPs))结合起来，这可能会克服传统上限制基因编辑器在体内治疗递送的障碍。

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