由哈佛大学(Harvard)和布罗德研究所(Broad Institute)科学家领导的一组研究人员开发出了双启动子编辑技术，这是一种新的、基于crispr的基因编辑策略，可以在不切断DNA双螺旋结构的情况下操纵人类细胞中基因大小的DNA片段。
由于可以进行比以前更大的编辑，这项新技术可能使研究和治疗因基因功能丧失或复杂结构突变引起的遗传疾病成为可能，例如血友病或亨特综合症。
生物技术论文,发表在《自然》杂志上,研究人员详细如何发达双胞胎’编辑(PE),它使用一个’编辑蛋白质和两个’编辑指南rna (pegRNAs)可编程替换或切除内生人类基因组DNA序列的网站不需要双链DNA削减。
当与位点特异性重组酶结合时，双PE允许将5000多个碱基对的基因大小的DNA整合到研究人员选择的地点的人类基因组中。由于在许多人类致病的等位基因中发现了较大的结构变异，这种技术可能有助于治疗遗传疾病。该研究使用双PE加重组酶编辑与Hunter综合征、苯丙酮尿症(PKU)、杜氏肌营养不良和血友病相关的基因。
“哺乳动物细胞基因编辑的一个主要剩余挑战是，我们无法在我们选择的位置进行有目标的基因大小的插入，”该论文的资深作者、布罗德研究所(Broad Institute)的核心教师、托马斯·达德利·卡伯特(Thomas Dudley Cabot)教授戴维·刘(David Liu)说。“这种能力可以通过使基因恢复到原序列位置来推进基因治疗，而不会因半随机或失控的基因组其他位置整合而增加癌症风险。”
这项工作是由刘的实验室成员完成的，包括前博士后Andrew Anzalone，前研究生Chris Podracky，博士后Xin (Daniel) Gao和现在的研究生Andrew Nelson。
这种新方法的设计是为了克服现有基因编辑技术的一些局限性，并建立在启动编辑的优势上。
2016年，刘的团队开发了碱基编辑，这是一种高效、精确的基因组编辑方法，其功能就像基因铅笔，在不完全破坏DNA主干的情况下，通过化学方式将一个DNA碱基改写成另一个。Liu的团队开发了两类碱基编辑器，可以纠正四种最常见的单字母突变，这四种基因突变合计占已知疾病相关人类基因错误的30%左右。三年后，该小组开发了启动编辑，即逆转录酶直接将编辑过的DNA序列从扩展的引导RNA复制到指定的目标位点，同样不需要双链DNA断裂。就像基因文字处理器一样，启动编辑让研究人员可以搜索一个DNA片段，并将其替换为另一个。
现在，双胞胎PE让研究人员可以在不破坏双链DNA的情况下，搜索和替换更大的DNA片段。
“使用双启动编辑就像同时使用两个字处理器来同时写同一段的不同部分，”刘说，他也是霍华德休斯医学研究所的研究员。“在这个过程中，你可以更有效地创建这一段。”
研究人员通过同时进行启动子编辑来创建编辑DNA的两条链，从而开发出了双PE。双PE本身可以有效地对数百个碱基对进行删除、插入和替换，实现比简单的启动编辑更大的编辑。为了获得对数千个碱基对进行更大编辑的能力，该团队在人类细胞的目标位点上安装了Bxb1重组酶的“着落位点”。碱基对的大小足以包含许多完整的基因。然后重组酶介导将大的DNA货物序列插入到着陆点。
研究小组通过将大的DNA插入人类基因组的各种靶位点，包括被认为是基因治疗的理想位点的“安全港位点”，测试了双PE + Bxb1重组酶，因为在那里插入基因已被发现不会诱发癌症或其他明显的毒性。
研究人员还应用双pe介导的缺失来靶向DMD。致病性DMD等位基因导致杜氏肌营养不良，通常在外显子区域包含大量缺失，导致转录本框架移位。这些实验表明，与配对的Cas9核酸酶策略相比，双PE可以在人类治疗相关的位点产生大量的缺失，而且潜在的有害副产物要少得多。
该团队还使用了双PE和一个重组酶，安装了导致亨特综合征的40,000 bp致病性倒置。他们的成功表明，这种组合可能最终成为纠正其他大型或复杂致病基因变异的治疗策略。
展望未来，Liu乐观地认为其他重组酶也可以有效地与双PE协同工作。
“我们希望将双PE应用于一些基础科学和一些治疗问题，同时继续发展这一策略，以提高大基因大小整合的效率，”Liu说。
Podracky于2015年加入该实验室，他说，他希望双PE加重组酶技术能够得到研究，并激励全国的科学家。
Podracky说:“我们可以看到其他学术实验室采用这项技术，并将其充分利用。”“如果这能让[科学家]更容易地实现他们的基因编辑想法，那将是一种成功。”
这项研究得到了梅金医疗保健变革技术研究所、美国国立卫生研究院和霍华德休斯医学研究所的支持。
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