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David Liu发布新prime编辑系统：在细胞中插入了完整的基因

2021.12.10

　　一种基于CRISPR的基因编辑技术称为twin prime editing，它可能是一种新的更安全的基因治疗方法。

（Ricardo Job-Reese, Broad Communications）

　　麻省理工学院(MIT)和哈佛大学(Harvard)布罗德研究所(Broad Institute)的研究人员开发了一种新版本的prime editor，可以安装或替换基因大小的DNA序列。prime editor于2019年首次开发，是在人类细胞中进行广泛基因编辑的一种精确方法，包括小替换、插入和删除。

　　Prime editing, 最开始由Broad研究所David. Liu开发，可在不产生DSB或引入供体DNA的情况下实现基因组遗传信息的重新编写。相关研究在2019年10月21号发表在Nature杂志上。Prime editing将基因组编辑提升到了一个新的水平，这种方法允许引入所有突变类型，包括插入、缺失和12种碱基-碱基转换。这项技术最初在人体细胞中进行研究，主要是期待解决由碱基突变引起的人类遗传病问题。

　　在发表在《Nature Biotechnology》杂志上的一项研究中，研究小组描述了双prime editing(twinPE)，这种技术通过两个相邻的prime edits，在基因组的特定位置引入更大的DNA序列，几乎没有多余的副产物。随着技术的进一步发展，该技术有可能成为一种新的基因治疗形式，以安全、高靶向的方式插入治疗基因，以替代突变或缺失的基因。

　　研究人员通过在人类细胞中编辑与亨特综合征(一种罕见的遗传疾病)相关的基因，证明了twinPE的治疗潜力。这种疾病是由一个特定的40000碱基对长的DNA链的反转引起的。该团队使用twinPE在基因组的同一位置引入了一个相似长度的倒置，展示了如何使用该方法来纠正致病突变。该团队还使用了twinPE，精确地将数千个碱基对的基因大小的DNA货物插入基因组中治疗相关的位置。

　　该方法解决了原始prime editing系统的一个限制，该系统只能编辑几十个碱基对。然而，一些遗传疾病的研究或治疗可能需要更大的编辑。与最初的prime editing方法一样，twinPE也没有在同一位置同时切断两条DNA双螺旋，这可能导致编辑结果控制不良和有害的染色体异常。

　　“在我们选择的位置将健康基因插入患者体内，而不产生双链断裂和混合副产物，一直是基因编辑领域的长期挑战之一。”该研究的资深作者David Liu说。

　　“TwinPE可能是一种更安全、更精确的方法，可以将治疗性基因插入到我们指定的位置，比如健康个体的本地基因位置，或者被认为将副作用风险降到最低的‘安全港’位置。”

　　由刘的实验室开发的prime editing技术，使DNA替换、插入和删除成为可能，并承诺纠正大多数已知的致病基因变异。最近对prime editing技术的改进提高了其效率，使其更接近治疗应用。但是编辑超过100个碱基对的序列仍然是低效的。

　　TwinPE填补了这一空白。该系统使用一个prime editing蛋白和两个prime editing指导RNA，它们指导编辑机制并对编辑进行编码。这两种引导RNA中的每一种都会引导编辑蛋白在基因组中不同的目标位点上在DNA中形成单链缺口，从而避免在其他方法中产生不需要的副产物的那种双链断裂。然后，该系统合成了两条新的互补DNA链，在两个缺口之间包含了所需的序列。使用这种方法，该团队能够插入、替换或删除高达800个碱基对的序列。

　　为了编辑更大的序列，研究人员使用他们的TwinPE系统在基因组中为被称为位点特异性重组酶的酶安装“着落位点”，这种酶催化基因组中特定位点的DNA整合。然后，研究小组用重组酶处理这些细胞，并引入他们想要插入基因组的长DNA片段。结合twinPE和重组酶，科学家可以编辑数千个碱基对的序列，这是整个基因的长度。

　　刘教授和他的团队现在正在测试不同的重组酶，它们可能会使twinPE更有效。他们还在评估twinPE安装更长的基因序列的能力。

　　“能够像过去几年科学家们推进基因编辑那样推进基因治疗，这是包括我们在内的许多实验室长期以来的愿望，”刘教授说。“这项研究，连同其他科学家的努力，可能标志着新一代基因治疗策略的开始，正如CRISPR核酸酶、碱基编辑器和prime editor代表着新一代基因编辑技术的开始。”

　　参考文献：Programmable deletion, replacement, integration and inversion of large DNA sequences with twin prime editing

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