Nature：一个小因素会对基因组编辑产生巨大影响

虽然基于CRISPR技术的基因编辑特异性强、准确性高、用途广泛，但安装这些编辑的效率却很低。在这篇论文中，普林斯顿大学的科学家描述了一种更高效的素编辑器。

通过多年的基因编辑系统工程研究，研究人员已经开发出一套工具，可以修改活细胞中的基因组，类似于“基因组手术”。这些工具，包括基于被称为CRISPR/Cas9的天然系统的工具，为解决未满足的临床需求提供了巨大的潜力，最近FDA批准了第一个基于CRISPR/Cas9的疗法，就证明了这一点。

目前一种被称为“先导编辑（prime editing）”是近年来的新方法，能以极高的准确性和多功能性进行基因编辑，但也有一个关键的代价：编辑装置的效率不稳定，而且往往很低。换句话说，虽然先导编辑可以进行高精度的编辑，而且很少产生不必要的副产品，但这种方法也常常无法以合理的频率进行编辑。

在2024年4月18日发表在《自然》杂志上的一篇论文中，普林斯顿大学的科学家Britt Adamson 团队，包括第一作者博士生颜峻等人描述了一种更高效的编辑器。

先导编辑系统至少由两个部分组成：CRISPR/Cas9蛋白质元件的修饰版本，和称为pegRNA的核糖核酸(RNA)分子。这些成分在几个协调的步骤中一起工作。首先，pegRNA 与蛋白质结合，引导产生的复合物到达基因组中的理想位置。在那里，蛋白质切开 DNA，利用 pegRNA 上编码的模板序列，将编辑内容 "反向转录 "到附近的基因组中。这样，编辑器就能将精确的序列 "写入 "目标 DNA 中。

Adamson说:“先导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，Adamson和Yan认为未知的细胞过程可能有助于或阻碍先导编辑。为了确定这些过程，Yan提出了一个概念上简单的计划：首先，他将设计一个细胞系，当安装某些先导编辑时，它会发出绿色荧光。然后，他将系统地阻断这些细胞中正常表达的蛋白质的表达，并测量编辑诱导的荧光，以确定哪些蛋白质会影响引物编辑。通过执行这一计划，该团队确定了36个决定先导编辑的细胞因素，其中只有一个-小RNA结合蛋白La能促进编辑。

“虽然促进先导编辑显然不是La蛋白的正常功能，但我们的实验表明，它可以有力地促进这一过程，”Yan说。

在细胞内，已知La可以结合通常在新生小RNA分子末端发现的特定序列，并保护这些RNA免受降解。普林斯顿大学的研究小组立即认识到，Yan在第一次实验中部署的pegRNA可能包含这些精确的序列，即Polyuridine tracts（多聚尿苷，生物通注），因为它们是细胞中pegRNA典型表达，但经常被忽视的副产品。随后的实验表明，这些pegrna无意中利用La的末端结合活性来保护和促进先导编辑。

受他们的研究结果的启发，研究小组提出了一个问题：将结合多聚尿苷的La部分与标准的先导编辑蛋白融合是否可以提高引物编辑效率。

他们兴奋地发现，由此产生的蛋白质，他们称之为PE7，在各种条件下都大大提高了预期的先导编辑效率，并且在使用一些先导编辑系统时，使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人类原代细胞中使用先导编辑技术感兴趣的同事的注意，包括波士顿儿童医院和哈佛医学院的Daniel Bauer和加州大学旧金山分校的Alexander Marson。与来自这些实验室的科学家一起，研究小组继续证明，PE7还可以提高治疗相关细胞类型的先导编辑效率，为未来的临床应用提供了更大的希望。

Bauer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，这可能会在短期内对生物医学产生影响。”