基因編輯的新工具—Prime Editing
CRISPR系統(tǒng)為代表的基因編輯工具發(fā)展迅猛被廣泛應(yīng)用?;贑RISPR/CAS9系統(tǒng)開發(fā)的新的先導(dǎo)編輯系統(tǒng)(Prime editing, PE)也逐漸引起人們的關(guān)注。PE是David Liu實驗室于2019年開發(fā)的精準(zhǔn)基因編輯系統(tǒng),其最大的優(yōu)勢在于多樣的編輯類型,包括多位點(Multiple sites)編輯、DNA短片段插入和缺失(<100bp)。相比于傳統(tǒng)的HDR(Homologous Directed Recombination),PE無需DSB(Double Strand Break)即可實現(xiàn)編輯,因此更加高效、安全。同樣PE也存在其限制條件,包括(1)較低的編輯效率(2)pegRNA設(shè)計相對困難(3)PE的遞送問題等等。
2021年10月14日,美國哈佛大學(xué)David Liu實驗室與普林斯頓大學(xué)Britt Adamso實驗室合作在Cell雜志上發(fā)表了題為Enhanced prime editing systems by manipulating cellular determinants of editing outcomes的論文,給出了關(guān)于PE系統(tǒng)的進(jìn)一步解決方案。

PE系統(tǒng)原理
PE2: 將經(jīng)過改造的向?qū)NA(pegRNA)與prime editor蛋白相結(jié)合,pegRNA具有雙重功能,既能夠?qū)⒕庉嫷鞍滓龑?dǎo)到目標(biāo)位點,又含有編輯的模板序列。prime editor蛋白則由Cas9切口酶和逆轉(zhuǎn)錄酶融合而成。在Cas9切割目標(biāo)位點之后,逆轉(zhuǎn)錄酶以pegRNA作為模板進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄,然后將DNA直接聚合到切口的DNA鏈上。
PE3: 在PE2系統(tǒng)基礎(chǔ)上添加一條sgRNA,會在另一條未切割的基因組單鏈上造成一個缺口,增加重組的概率。

PE4&5:在2021年的研究中,分別在PE2和PE3的基礎(chǔ)上通過共轉(zhuǎn)染MLH1dn抑制DNA錯配修復(fù)(MMR)通路從而有效增強PE系統(tǒng)的基因編輯效果。

功能驗證
PE系統(tǒng)在293T上的驗證,表現(xiàn)出與傳統(tǒng)CRISPR系統(tǒng)的特點:較高的編輯效率,較低的非預(yù)期編輯

總體而言,Prime Editing展現(xiàn)出在基因編輯領(lǐng)域美好的前景,也為疾病的基因治療提供了更加強大的工具。

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