David Liu發(fā)布新prime編輯系統(tǒng)：在細(xì)胞中插入了完整的基因
一種基于CRISPR的基因編輯技術(shù)稱為twin prime editing，它可能是一種新的更安全的基因治療方法。
（Ricardo Job-Reese, Broad Communications）
麻省理工學(xué)院(MIT)和哈佛大學(xué)(Harvard)布羅德研究所(Broad Institute)的研究人員開發(fā)了一種新版本的prime editor，可以安裝或替換基因大小的DNA序列。prime editor于2019年首次開發(fā)，是在人類細(xì)胞中進(jìn)行廣泛基因編輯的一種精確方法，包括小替換、插入和刪除。
Prime editing, 最開始由Broad研究所David. Liu開發(fā)，可在不產(chǎn)生DSB或引入供體DNA的情況下實(shí)現(xiàn)基因組遺傳信息的重新編寫。相關(guān)研究在2019年10月21號發(fā)表在Nature雜志上。Prime editing將基因組編輯提升到了一個新的水平，這種方法允許引入所有突變類型，包括插入、缺失和12種堿基-堿基轉(zhuǎn)換。這項(xiàng)技術(shù)最初在人體細(xì)胞中進(jìn)行研究，主要是期待解決由堿基突變引起的人類遺傳病問題。
在發(fā)表在《Nature Biotechnology》雜志上的一項(xiàng)研究中，研究小組描述了雙prime editing(twinPE)，這種技術(shù)通過兩個相鄰的prime edits，在基因組的特定位置引入更大的DNA序列，幾乎沒有多余的副產(chǎn)物。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，該技術(shù)有可能成為一種新的基因治療形式，以安全、高靶向的方式插入治療基因，以替代突變或缺失的基因。
研究人員通過在人類細(xì)胞中編輯與亨特綜合征(一種罕見的遺傳疾病)相關(guān)的基因，證明了twinPE的治療潛力。這種疾病是由一個特定的40000堿基對長的DNA鏈的反轉(zhuǎn)引起的。該團(tuán)隊(duì)使用twinPE在基因組的同一位置引入了一個相似長度的倒置，展示了如何使用該方法來糾正致病突變。該團(tuán)隊(duì)還使用了twinPE，精確地將數(shù)千個堿基對的基因大小的DNA貨物插入基因組中治療相關(guān)的位置。
該方法解決了原始prime editing系統(tǒng)的一個限制，該系統(tǒng)只能編輯幾十個堿基對。然而，一些遺傳疾病的研究或治療可能需要更大的編輯。與最初的prime editing方法一樣，twinPE也沒有在同一位置同時(shí)切斷兩條DNA雙螺旋，這可能導(dǎo)致編輯結(jié)果控制不良和有害的染色體異常。
“在我們選擇的位置將健康基因插入患者體內(nèi)，而不產(chǎn)生雙鏈斷裂和混合副產(chǎn)物，一直是基因編輯領(lǐng)域的長期挑戰(zhàn)之一?！痹撗芯康馁Y深作者David Liu說。
“TwinPE可能是一種更安全、更精確的方法，可以將治療性基因插入到我們指定的位置，比如健康個體的本地基因位置，或者被認(rèn)為將副作用風(fēng)險(xiǎn)降到最低的‘安全港’位置?！?/p>
由劉的實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的prime editing技術(shù)，使DNA替換、插入和刪除成為可能，并承諾糾正大多數(shù)已知的致病基因變異。最近對prime editing技術(shù)的改進(jìn)提高了其效率，使其更接近治療應(yīng)用。但是編輯超過100個堿基對的序列仍然是低效的。
TwinPE填補(bǔ)了這一空白。該系統(tǒng)使用一個prime editing蛋白和兩個prime editing指導(dǎo)RNA，它們指導(dǎo)編輯機(jī)制并對編輯進(jìn)行編碼。這兩種引導(dǎo)RNA中的每一種都會引導(dǎo)編輯蛋白在基因組中不同的目標(biāo)位點(diǎn)上在DNA中形成單鏈缺口，從而避免在其他方法中產(chǎn)生不需要的副產(chǎn)物的那種雙鏈斷裂。然后，該系統(tǒng)合成了兩條新的互補(bǔ)DNA鏈，在兩個缺口之間包含了所需的序列。使用這種方法，該團(tuán)隊(duì)能夠插入、替換或刪除高達(dá)800個堿基對的序列。
為了編輯更大的序列，研究人員使用他們的TwinPE系統(tǒng)在基因組中為被稱為位點(diǎn)特異性重組酶的酶安裝“著落位點(diǎn)”，這種酶催化基因組中特定位點(diǎn)的DNA整合。然后，研究小組用重組酶處理這些細(xì)胞，并引入他們想要插入基因組的長DNA片段。結(jié)合twinPE和重組酶，科學(xué)家可以編輯數(shù)千個堿基對的序列，這是整個基因的長度。
劉教授和他的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在測試不同的重組酶，它們可能會使twinPE更有效。他們還在評估twinPE安裝更長的基因序列的能力。
“能夠像過去幾年科學(xué)家們推進(jìn)基因編輯那樣推進(jìn)基因治療，這是包括我們在內(nèi)的許多實(shí)驗(yàn)室長期以來的愿望，”劉教授說。“這項(xiàng)研究，連同其他科學(xué)家的努力，可能標(biāo)志著新一代基因治療策略的開始，正如CRISPR核酸酶、堿基編輯器和prime editor代表著新一代基因編輯技術(shù)的開始。”
參考文獻(xiàn)：Programmable deletion, replacement, integration and inversion of large DNA sequences with twin prime editing
