新的 CRISPR 体系能够更精准地控制 DNA 变化,这将为基因编辑领域的研究人员打开新的可能。尽管目前流行的 CRISPR–Cas9 基因编辑体系能够相对容易地改变基因组,但它始终没有那么灵巧,常常会出错,甚至带来意想不到的后果。
而最近开发出来的一项新技术能够更准确地进行基因编辑——这一点对于开发基因疗法尤为重要。
A new gene-editing tool called prime editing allows for greater precision and control over DNA edits compared to the popular CRISPR-Cas9 system
这个被称为“prime editing”的新方法能够更准确地对靶位点进行修饰,减少不必要的位点改变。10 月 21 日,《自然》发表的一篇论文[1]描述了该工具,称其能够降低“脱靶”发生风险——标准 CRISPR–Cas9 体系在应用中的主要挑战之一,这意味着基于 prime editing 的基因疗法具有更高的安全性。
除了精准性,多样性是 prime editing 的另一大优势——这种技术有望实现更广泛的基因修饰,也许未来的某一天,它能够解决现在许多基因编辑研究人员束手无策的遗传性疾病。博德研究所的化学生物学家 David Liu 是上述论文的通讯作者,据他估计,对于美国国立卫生研究院 ClinVar 数据库列出的 75,000 多个与疾病相关的 DNA 变异,prime editing 或许将帮助研究人员解决其中的近 90%。
尽管现在尚属开发早期,但已有的结果看起来棒极了。”普林斯顿大学 DNA 修复与基因编辑研究员 Brittany Adamson 说,“它很快就会流行起来。
prime editing 可能无法实现 CRISPR–Cas9 能够做到的大段 DNA 插入或删除,因此不会完全取代现有的成熟的基因编辑体系,马萨诸塞大学医学院的分子生物学家 Erik Sontheimer 说。这是因为在 prime editing 中,需要修改的基因主要编码在一段 RNA 上,RNA 链越长,就越容易被细胞内的酶破坏。
但相比目前其它的 CRISPR 替代基因编辑体系,prime editing 的基因编辑功能更加精准多样。这些体系包括改良版 CRISPR–Cas9 体系——让研究人员可以实现单个 DNA 碱基的替换;以及一些更老的基因编辑工具,比如锌指核酸酶,它们很难对单个 DNA 碱基进行编辑。
CRISPR–Cas9 和 prime editing 均通过在基因组中的特定位点切断 DNA 发挥作用。前者会切断 DNA 双链,然后依靠细胞自身的修复系统来修补损伤并进行基因编辑。但这种修复系统可能在基因组被切断的位置插入或删除 DNA 碱基,并不全然可靠。因此,研究人员无法控制基因编辑的结果,细胞和细胞间也可能存在差异。
此外,即便研究人员加入了模板引导基因组编辑,相比在基因组中插入特定的 DNA 序列,大多数细胞中的 DNA 修复系统更倾向于插入或删除单个或少数几个碱基。因此,研究人员很难,甚至几乎不可能依靠 CRISPR–Cas9 体系将某个 DNA 片段替换为目标序列。
prime editing 则能绕开这些问题(参见“基因编辑进入精准时代”)。尽管它也和 CRISPR–Cas9 体系一样,使用 Cas9 识别特定的 DNA 序列,但 prime editing 中的 Cas9 经过了改造,只切断 1 条 DNA 链,随后逆转录酶在 RNA 链的引导下在切断处进行基因编辑。
prime editing 酶不需要切断 DNA 双链,因此研究人员不必依靠他们无法控制的细胞 DNA 修复系统对被切断的 DNA 链进行基因编辑。这意味着借助 prime editing 系统可以开发出基因突变相关遗传性疾病的治疗方法,而现有的基因编辑工具暂无法轻易做到这一点。
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