近日,，馬薩諸塞大學的薛文教授課題組（姜婷婷為第一作者）和華盛頓大學西雅圖分校Jay Shendure以背靠背的形式在Nature Biotechnology上分別發(fā)表了文章Deletion and replacement of long genomic sequences using prime editing 和Precise genomic deletions using paired prime editing，開發(fā)新一代基因組編輯器能夠糾正目前無法實現(xiàn)的廣泛而復雜的基因組突變,。
馬薩諸塞大學的薛文教授課題組,在博士后姜婷婷的帶領下,，開發(fā)了一種精確刪除大片段 DNA 的方法，他們稱之為PEDAR（PE-Cas9-based deletion and repair）,。這種方法是基于引導編輯 (prime editing）的延伸,。由David Liu實驗室開發(fā)的Prime editing中，有三個組件完成工作——一個引導 RNA,，它引導基因編輯器找到基因組中特定的位置并攜提供修復模板,；一種Cas9 切口酶，可切割 DNA 的一條鏈,，但不切割雙鏈,；以及一種逆轉(zhuǎn)錄酶，它轉(zhuǎn)化引導 RNA 攜帶的模板成為DNA 分子,，取代,、插入或者刪除目標位點上的序列,。在PEDAR系統(tǒng)中,，由功能齊全的 Cas9 替換Cas9 切口酶,，并添加額外的pegRNA,，其攜帶的模板核苷酸序列與第一個的pegRNA互補,，靶向基因組中的另一個點,。這種設計使得研究人員可以在他們想要切除的 DNA 片段的兩側(cè)選擇兩個地方進行切割,。然后逆轉(zhuǎn)錄酶開始工作,，在兩側(cè)合成短的粘性延伸序列,。當這些粘性序列互補并被修復,，這樣準確刪除靶向序列就完成了?！斑@項技術的優(yōu)勢在于我們可以擴大基因編輯的規(guī)?！谇A基或 10 千堿基的范圍內(nèi)的刪除和同時的短序列修復” ，薛教授說,。而同時來自華盛頓大學西雅圖分校Jay Shendure實驗室的PRIME-Del方法可以應用于刪除指定的大片段基因序列,，并且不會影響剩余基因組的完整性, 這種新技術比傳統(tǒng)的Cas9方法更適用于精準和靈活的基因片段刪除,。總之，PEDAR和PRIME-Del可以潛在用于基因治療領域,，并且延伸到基礎生物學,，可用于蛋白質(zhì)功能研究。圖. 1 PEDAR介導內(nèi)源基因組位點的長片段缺失和同時的短序列修復 (圖片來源: Springer Nature).有意思的是,，在這兩篇重要論文誕生的當天,，最初開發(fā)先導編輯的劉如謙教授團隊也在Cell雜志發(fā)文，進一步對這款重要工具進行改良,。這篇論文提到,，盡管先導編輯能精準地切開DNA，但我們對影響編輯效率的細胞因素還知之甚少,。在本研究中,，科學家們使用基于CRISPR干擾（CRISPRi）的技術，進行了大規(guī)模的篩選,，發(fā)現(xiàn)DNA的錯配修復會影響到先導編輯,，產(chǎn)生預期外的插入/刪除突變。為此,，研究人員們開發(fā)了更先進的先導編輯系統(tǒng),，能瞬時表達抑制DNA錯配修復的蛋白，以提高編輯效率,。分析表明,，與早期的先導編輯系統(tǒng)相比，新系統(tǒng)的編輯效率要高出2.0到7.7倍,。而通過優(yōu)化先導編輯所需的蛋白,，他們還能進一步在海拉細胞系中提高先導編輯的效率，幅度達到2.8倍,。劉如謙教授在社交媒體上連發(fā)12條消息,，向大家興奮地介紹他們團隊的發(fā)現(xiàn)。他指出,，在七種哺乳動物細胞的191種編輯里,，新型先導編輯系統(tǒng)都帶來了顯著的編輯改善。這些發(fā)現(xiàn)也豐富了我們對于先導編輯的認知,。關于兩篇Nature Biotechnology論文對于先導編輯的衍生應用,，劉如謙教授給了很高的評價,。他認為這是先導編輯的“優(yōu)雅變體”,，能拓展精準編輯的長度，矯正大量已知的致病基因插入,。無論對基礎科研,，或是合成生物學的應用,，都有很高的價值。CRISPR基因編輯技術自誕生以來,，已經(jīng)改變了生物技術領域的格局,。也正是因為其重要性，它在去年斬獲了諾獎的殊榮,。昨日的這三篇論文,，讓我們看到了基因編輯的未來無限可能。我們也期待這項技術能得到進一步完善,，最終更好地造福人類,！
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