普林斯頓大學的科學家們對一種基于CRISPR的基因編輯工具進行了重大改進，這種工具被稱為“先導編輯（prime editing）”。

通過多年的基因編輯系統工程，研究人員已經開發出一套工具，可以修改活細胞中的基因組，類似于“基因組手術”。這些工具，包括基于被稱為CRISPR/Cas9的自然系統的工具，為解決未滿足的臨床需求提供了巨大的潛力，最近FDA批準了第一個基于CRISPR/Cas9的療法。

一種被稱為“先導編輯”的相對較新的方法使基因編輯具有卓越的準確性和高通用性，但有一個關鍵的權衡:編輯安裝的可變和通常低效率。換句話說，雖然prime editing可以高精度地進行，而且幾乎沒有不必要的副產品，但這種方法也經常無法在合理的頻率上進行這些編輯。

增強prime editing的新技術

在2024年4月18日發表在《Nature》雜志上的一篇論文中，普林斯頓大學的科學家Jun Yan和Britt Adamson以及幾位同事描述了一種更高效的prime editing。

Prime editing系統至少由兩個組成部分組成:CRISPR/Cas9蛋白質元件的修飾版本和稱為pegRNA的核糖核酸(RNA)分子。這些成分在幾個協調的步驟中一起工作:首先，pegRNA結合蛋白質并將產生的復合物引導到基因組中所需的位置。在那里，蛋白質切割DNA，并使用編碼在pegRNA上的模板序列，“反向轉錄”編輯到附近的基因組中。通過這種方式，先導編輯將精確的序列“寫入”目標DNA。

Adamson說:“先導編輯是一種非常強大的基因組編輯工具，因為它使我們能夠更好地控制基因組序列的改變方式。”

實驗見解與創新

在他們的研究開始時，Adamson和Yan, Adamson研究小組和分子生物系的研究生，認為未知的細胞過程可能有助于或阻礙主要編輯。為了確定這些過程，Yan提出了一個概念上簡單的計劃:首先，將設計一個細胞系，當安裝某些prime編輯時，它會發出綠色熒光。然后，他將系統地阻斷這些細胞中正常表達的蛋白質的表達，并測量編輯誘導的熒光，以確定哪些蛋白質會影響prime編輯。通過執行這一計劃，該團隊確定了36個prime編輯的細胞決定因素，其中只有一個，小RNA結合蛋白LA-promoted editing。

“雖然促進prime編輯顯然不是La蛋白的正常功能，但我們的實驗表明，它可以有力地促進這一過程，”Yan說。

在細胞內，已知La可以結合通常在新生小RNA分子末端發現的特定序列，并保護這些RNA免受降解。普林斯頓大學的研究小組立即認識到，Yan在第一次實驗中部署的pegRNA可能包含這些精確的序列，稱為多尿苷片（polyuridine tracts），因為它們是細胞中pegRNA表達的典型但經常被忽視的副產品。隨后的實驗表明，這些pegRNA無意中利用La的末端結合活性來保護和促進prime編輯。

PE7蛋白的開發

受他們的研究結果的啟發，研究小組提出了一個問題:將結合多尿苷片的La部分與標準的prime編輯蛋白融合是否可以提高prime編輯效率。他們興奮地發現，由此產生的蛋白質，他們稱之為PE7，在各種條件下都大大提高了預期的prime編輯效率，并且在使用一些prime編輯系統時，使不需要的副產物的頻率非常低。他們的結果很快引起了對在人類原代細胞中使用prime編輯技術感興趣的同事的注意，包括波士頓兒童醫院和哈佛醫學院的Daniel Bauer和加州大學舊金山分校的Alexander Marson。與來自這些實驗室的科學家一起，研究小組繼續證明，PE7還可以提高治療相關細胞類型的prime編輯效率，為未來的臨床應用提供了更大的希望。

Daniel Bauer指出:“這項工作是一個很好的例子，說明深入探索細胞的內部運作可以帶來意想不到的見解，這可能會在短期內對生物醫學產生影響。”

參考文獻: “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.



（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-5）