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“prime edit”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Jun Yan和Britt Adamson以及几位同事描述了一种更高效的主编辑。
Prime 编辑系统至少由两个组件组成：CRISPR/Cas9 蛋白质元素的改良版本和称为 pegRNA 的核糖核酸 (RNA) 分子。这些组件通过几个协调步骤协同工作：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 上留下切口，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，Prime 编辑器将精确的序列“写入”目标 DNA。
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。”
在他们的研究开始时，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。
受其结果的启发，该团队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 Daniel Bauer 以及加州大学旧金山分校的 Alexander Marson。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：“这项研究是一个很好的例子，说明深入探索细胞内部运作可以带来意想不到的见解，并可能在短期内对生物医学产生影响。”
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