大多數(shù)導(dǎo)致疾病的遺傳變異很難有效糾正，且沒(méi)有過(guò)多的副產(chǎn)物。近期，博德研究所David Liu團(tuán)隊(duì)在Nature 在線發(fā)表題為”Search-and-replace genome editing without double-strand breaks or donor DNA“的研究論文，該研究描述了Prime編輯，這是一種通用且精確的基因組編輯方法，它使用融合了工程逆轉(zhuǎn)錄酶的催化受損的Cas9，將新的遺傳信息直接寫入指定的DNA位點(diǎn)，并使用Prime編輯向?qū)NA（pegRNA）進(jìn)行編輯。
研究人員在人細(xì)胞中進(jìn)行了175次以上的編輯，包括靶向插入，缺失和所有12種類型的點(diǎn)突變，而無(wú)需雙鏈斷裂或供體DNA模板。研究人員在人類細(xì)胞中應(yīng)用了Prime編輯功能，以有效地糾正鐮狀細(xì)胞疾病（要求HBB發(fā)生轉(zhuǎn)化）和Tay-Sachs?。ㄒ驢EXA發(fā)生缺失）的主要遺傳原因。四個(gè)人類細(xì)胞系和有絲分裂后的小鼠皮層神經(jīng)元原代以不同的效率支持Prime編輯。與堿基編輯相比，Prime編輯提供了效率和產(chǎn)品純度方面的優(yōu)勢(shì)；與堿基編輯相比，具有互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，并且在已知Cas9脫靶位點(diǎn)處的脫靶編輯比Cas9核酸酶低得多。Prime編輯大大擴(kuò)展了基因組編輯的范圍和能力，并且原則上可以糾正約89％的已知致病性人類遺傳變異。截止文章發(fā)表，Editas Medicine股票大漲。 2019年12月12日，上?？萍即髮W(xué)陳佳，楊貝及中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所楊力在Cell 發(fā)表題為“One Prime for All Editing”的點(diǎn)評(píng)文章，指出這種“一勞永逸”的編輯系統(tǒng)將推動(dòng)生物醫(yī)學(xué)研究的發(fā)展，并具有對(duì)人類健康的臨床潛力。
在任何活細(xì)胞或有機(jī)體的基因組中進(jìn)行任意改變的能力都是生命科學(xué)的長(zhǎng)期愿望。盡管基因組編輯技術(shù)取得了飛速發(fā)展，但與疾病相關(guān)的已知> 75,000種人類遺傳變異中的大多數(shù)仍然難以糾正?？删幊毯怂崦福ɡ鏑RISPR-Cas9）產(chǎn)生雙鏈DNA斷裂（DSB），可以通過(guò)在靶位點(diǎn)誘導(dǎo)插入和缺失（indels）的混合物來(lái)破壞基因。
然而，DSB與不期望的結(jié)果相關(guān)，包括易位和p53激活等。此外，絕大多數(shù)病原體等位基因來(lái)自特定的插入，缺失或堿基取代，需要更精確的編輯技術(shù)來(lái)糾正。
體外和酵母細(xì)胞中Prime編輯和可行性研究的概述
DSBs刺激的同源性定向修復(fù)（HDR）已被廣泛用于精確的DNA編輯。但是，HDR依賴于外源供體DNA修復(fù)模板，通常會(huì)通過(guò)DSB的末端修復(fù)產(chǎn)生過(guò)量的indel，并且在大多數(shù)治療相關(guān)的細(xì)胞類型（T細(xì)胞和某些干細(xì)胞是重要的例外）中效率低下。雖然提高DSB介導(dǎo)的編輯的效率和精度仍然是有前途的工作的重點(diǎn)，但這些挑戰(zhàn)促使人們探索替代的精確基因組編輯策略。
PE1和PE2對(duì)人類細(xì)胞中的基因組DNA進(jìn)行初步編輯
堿基編輯可以有效地進(jìn)行四個(gè)堿基轉(zhuǎn)換突變（C→T，G→A，A→G和T→C），而無(wú)需在包括哺乳動(dòng)物在內(nèi)的許多細(xì)胞類型和生物體中使用DSB，但目前無(wú)法執(zhí)行八個(gè)轉(zhuǎn)換突變 （C→A，C→G，G→C，G→T，A→C，A→T，T→A和T→G），例如需要從T?A到A?T突變直接糾正鐮狀細(xì)胞?。℉BB E6V）的最常見(jiàn)原因。 此外，尚無(wú)報(bào)道采用無(wú)DSB的方法進(jìn)行靶向缺失，如去除引起Tay-Sachs?。℉EXA 1278 + TATC）的4堿基重復(fù)，或靶向插入，如需要直接插入3個(gè)堿基來(lái)糾正最常見(jiàn)的囊性纖維化病因（CFTRΔF508）。因此，即使在大多數(shù)細(xì)胞類型中，有針對(duì)性的轉(zhuǎn)化，插入和缺失也很難有效校正，并且沒(méi)有過(guò)多的副產(chǎn)物，即使它們共同構(gòu)成了大多數(shù)已知的致病等位基因。
PE3和PE3b系統(tǒng)在非編輯鏈上刻痕以提高Prime編輯效率
在這里，研究人員描述了Prime編輯的發(fā)展，一種“搜索并替換”的基因組編輯技術(shù)，可在人細(xì)胞中介導(dǎo)靶標(biāo)插入，缺失，所有12種可能的堿基間轉(zhuǎn)換及其組合，而無(wú)需DSB或供體DNA模板。最初以PE1為例的Prime編輯器（PE）使用與RNA可編程切口酶融合的逆轉(zhuǎn)錄酶（RT）和Prime編輯擴(kuò)展的指導(dǎo)RNA（pegRNA），將遺傳信息從pegRNA的延伸部分直接復(fù)制到目標(biāo)基因組DNA位點(diǎn)中。 PE2使用工程RT來(lái)提高編輯效率，而PE3切掉未編輯的鏈以誘導(dǎo)其替換并進(jìn)一步提高編輯效率。
在HEK293T細(xì)胞中的七個(gè)內(nèi)源基因組位點(diǎn)，用PE3靶向插入，缺失和所有12種類型的點(diǎn)突變。
與已知的Cas9脫靶基因座相比，Prime編輯提供的脫靶活性遠(yuǎn)低于Cas9，與Cas9引起的HDR相比，副產(chǎn)物少得多，效率更高或相似，并且與堿基編輯器相比具有互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。通過(guò)無(wú)需DSB或供體DNA模板即可進(jìn)行精確的靶向插入，缺失和所有12種可能的點(diǎn)突變類別，Prime編輯具有促進(jìn)絕大多數(shù)致病等位基因研究和校正的潛力。
Prime編輯致病性突變，對(duì)原代小鼠皮層神經(jīng)元進(jìn)行Prime編輯，并比較四
