精确的基因组编辑与精确的真实纹理实验室生长的肉真实的纹理实验室生长的肉

来自麻省理工学院布罗德研究所和哈佛大学的一个团队开发了一种新的CRISPR基因组编辑方法，这种方法有可能纠正89%的已知致病基因变异。

研究人员已经将分子生物学中最重要的两种蛋白质——CRISPR-Cas9和一种逆转录酶——整合到一台机器中。该系统被称为prime editing，能够以精确、高效和高度通用的方式直接编辑人体细胞。

“在分子生命科学中，一个主要的愿望是能够精确地在任何位置对基因组做出任何改变。我们认为，prime编辑让我们更接近这个目标，”麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所(Broad institute of MIT)的核心研究员、理查德•默金教授(Richard Merkin Professor)说。“我们还没有发现在哺乳动物细胞中有另一种编辑技术，能以如此少的副产品提供如此多的通用性和精确性。”

刘是《自然》杂志上一篇描述黄金编辑的论文的资深作者。这项研究也是由第一作者Andrew Anzalone领导的，他是Jane Coffin Childs在布罗德研究所实验室的博士后研究员。

一种新的CRISPR方法

启动编辑不同于以前的基因组编辑系统，因为它使用RNA来引导新的DNA序列插入人类细胞。

由麻省理工学院(MIT)和哈佛大学(Harvard)布罗德研究所(Broad Institute)率先开发、用于人类细胞基因组编辑的第一个CRISPR工具是Cas9蛋白。Cas9在每条DNA链附近断裂，将DNA完全切断。这些工具可以破坏特定位置的目标基因，然后通过重组新的DNA，在细胞自身的指导下添加新的序列。

由刘的实验室首先开发的碱基编辑技术是建立在这项技术之上的，它将Cas9与能够进行化学反应的蛋白质融合，从而将一个DNA字母变成另一个。当前的基编辑器可以有效地进行四种类型的单碱基更改:C到T、T到C、A到G和G到A。

苏珊娜·m·汉密尔顿/布罗德研究所通信

新的启动编辑系统需要将Cas9与另一种称为逆转录酶的蛋白质结合。分子复合体利用目标DNA位点的一条链来“启动”或启动将编辑过的遗传信息直接写入基因组。

一种被称为pegRNA的新型工程引导RNA将主编辑器引导到它的目标位置，在那里，一个经过修饰的Cas9切断了DNA的一条链。pegRNA还包含额外的RNA核苷酸，编码新的编辑序列。为了传递这一信息，逆转录酶元件读取RNA扩展并将相应的DNA核苷酸写入目标点。

定制编辑

在《自然》杂志的那篇论文中，研究团队证明了prime的编辑能力，能够精确地纠正导致镰状细胞贫血症的基因变异，这需要将特定的T转化为a，而泰-萨氏病则需要在基因组的精确位置删除四个DNA字母。

研究人员进一步报告各种成功的编辑主要类型在人类细胞和小鼠神经元,包括所有12与另一个可能的方法取代DNA字母,插入的新DNA片段到44 DNA字母长,精确删除80 DNA字母,结合这些不同类型的编辑和修改。

‘编辑,我们现在可以直接纠正镰状细胞贫血突变回到正常的四个额外的DNA碱基序列和删除导致家族黑蒙性白痴病,没有切割DNA完全或需要DNA模板,”刘说,他也是哈佛大学化学与化学生物学教授、霍华德·休斯医学研究所研究员。“这个系统的美妙之处在于，对编辑后的序列几乎没有什么限制。由于添加的核苷酸是由pegRNA指定的，它们可能是与原始链仅差一个字母的序列，可能有更多或更少的字母，或者是这些变化的各种组合。”

Anzalone说:“随着这项技术的发展，prime编辑功能的多样性很快就显现出来了。”“我们可以直接将新的基因信息复制到目标位点，这是一个启示。我们真的很兴奋。”

研究人员报告称，与需要在每条DNA链上进行邻近断裂的方法相比，prime编辑实现成功编辑的不希望发生的“偏离目标”的改变率更低。Prime编辑还可以对目标序列进行精确的单核苷酸改变，而碱基编辑器很难访问这些改变。

刘翔的团队打算继续优化’编辑,包括通过最大化其效率在许多不同的细胞类型,进一步调查潜在影响的主要编辑细胞上,额外的测试在细胞和动物模型的疾病,和探索交付机制在动物为人类提供一个潜在路径治疗应用。

研究人员和布罗德研究所正在向学术界和非营利组织免费提供这项技术，包括通过非营利组织Addgene共享载体。对于这些组，不需要许可证。

布罗德研究所(Broad Institute)正在提供主要编辑工具，以获得公司研究和制造以及工具和试剂的商业开发的非专有许可。对于人类的治疗应用，布罗德研究所已经在包容性创新模式下将这项技术授权给Prime Medicine。据公开报道，Beam Therapeutics获得了Prime Medicine的分许可，可以在某些领域和某些应用中使用Prime编辑。(刘是Prime Medicine和Beam Therapeutics的顾问和联合创始人。)

资助这项研究提供了部分的叫法变革性技术研究所的医疗、国家卫生研究院(RM1U01AI142756、RM1HG009490 R01EB022376, R35GM118062, T32GM007726),简棺材蔡尔兹博士后奖学金,达蒙·鲁尼恩癌症研究基金会奖学金,海伦干草惠特尼博士后奖学金,霍华德休斯医学研究所。

新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://news.harvard.edu/gazette/story/2019/10/new-crispr-genome-editing-system-can-target-disease-causing-genetic-variations/