小因素对基因组编辑产生大影响

经过多年的基因编辑系统工程，研究人员开发了一套工具，可以修改活细胞中的基因组，类似于“基因组手术”。这些工具，包括基于CRISPR/Cas9自然系统的工具，为解决未满足的临床需求提供了巨大的潜力，最近FDA批准的第一个基于CRISPR/Cas9的疗法就突显了这一点。

一种称为“基本编辑”的相对较新的方法使基因编辑具有极高的准确性和高多功能性，但有一个关键的权衡：编辑安装的可变性和效率通常较低。换句话说，虽然可以以高精度进行主要编辑并且几乎不需要副产品，但该方法通常也无法以合理的频率进行这些编辑。

在2024年4月18日发表在《自然》杂志上的一篇论文中，普林斯顿大学科学家JunYan和BrittAdamson以及几位同事描述了一种更高效的主编辑器。

Prime编辑系统至少由两个组件组成：CRISPR/Cas9蛋白质元件的修改版本和称为pegRNA的核糖核酸(RNA)分子。这些组件通过几个协调的步骤协同工作：首先，pegRNA结合蛋白质并将所得复合物引导至基因组中的所需位置。

在那里，蛋白质在DNA上产生切口，并使用pegRNA上编码的模板序列，将编辑“逆转录”到附近的基因组中。通过这种方式，主编辑器将精确的序列“写入”目标DNA中。

Adamson说：“Prime编辑是一种非常强大的基因组编辑工具，因为它使我们能够更好地控制基因组序列的改变方式。”

在研究开始时，亚当森和亚当森研究小组和分子生物学系的研究生严认为，未知的细胞过程可能有助于或阻碍主要编辑。为了识别这些过程，严提出了一个概念上简单的计划：首先，他将设计一种细胞系，当安装某些主要编辑时，该细胞系会发出绿色荧光。然后，他将系统地阻断这些细胞内正常表达的蛋白质的表达，并测量编辑诱导的荧光，以确定哪些蛋白质影响引物编辑。

通过执行这一计划，研究小组确定了36个主要编辑的细胞决定因素，其中只有一个——小RNA结合蛋白La——促进了编辑。

“虽然促进启动子编辑显然不是La蛋白的正常功能，但我们的实验表明它可以极大地促进这一过程，”Yan说。

在细胞内，La已知可结合新生小RNA分子末端常见的特定序列，并保护这些RNA免遭降解。普林斯顿大学的研究小组立即认识到，Yan的第一个实验中使用的pegRNA可能包含这些精确的序列，称为多尿苷束，因为它们是细胞中pegRNA表达的典型但经常被忽视的副产品。随后的实验表明，此类pegRNA无意中利用La的末端结合活性进行保护并促进prime编辑。

受他们结果的启发，研究小组询问将结合多聚尿苷束的La部分与标准引物编辑蛋白融合是否可以提高引物编辑效率。他们很高兴地发现，所产生的蛋白质(他们称之为PE7)在不同条件下显着提高了预期的引物编辑效率，并且在使用某些引物编辑系统时，不需要的副产物的频率非常低。

他们的结果很快引起了对在原代人类细胞中使用初等编辑感兴趣的同事的注意，其中包括波士顿儿童医院和哈佛医学院的DanielBauer以及加州大学旧金山分校的AlexanderMarson。研究小组与这些实验室的科学家一起继续证明，PE7还可以提高治疗相关细胞类型的初等编辑效率，为未来的临床应用提供了广阔的前景。

鲍尔指出：“这项工作是一个很好的例子，说明深入探索细胞的内部运作可以带来意想不到的见解，从而产生近期的生物医学影响。”