Cell点评 | 陈佳/杨贝/杨力点评并展望基因编辑领域新方向

责编丨兮

2019年12月12日，上海科技大学生命科学与技术学院陈佳教授、免疫化学研究所杨贝副研究员与中国科学院－马普计算生物学伙伴研究所杨力研究员，应邀在Cell上发表题为“One Prime for All Editing”的专评论文（Preview），对哈佛大学David R.Liu教授近期在Nature杂志发表的Search-and-replace genome editing without double-strand breaks or donor DNA（详见BioArt报道：专家点评Nature | David Liu再出重磅基因编辑新工具，可实现碱基随意转换与增删）研究进行了系统性介绍，详细解读了新型基因编辑系统Prime Editing的工作原理，并展望了该领域未来的发展方向。

在该专评论文中，陈佳教授等对Prime Editing系统的设计原理及构建过程进行了解读（图1）。新型Prime Editing系统通过将Cas9切刻酶与逆转录酶融合表达，并利用prime editing guide RNA（pegRNA）最终实现靶位点的基因编辑。其中，pegRNA由3个部分组成，包括single-guide RNA（sgRNA）、引物结合位点（Prime Binding Site，PBS）和储存有靶向位点编辑信息的反转录模板（RT templete with edit，图1A）。Prime Editor（PE）在创建过程中经历了3步关键改进。PE1利用Cas9切刻酶（H840A）和Moloney Murine Leukemia Virus（M-MLV）逆转录酶构成，虽可以精确实现设计的基因组编辑，但在哺乳动物细胞上的编辑效率较低。因此，研究人员构建了PE2，主要是通过在M-MLV逆转录酶中引入5个氨基酸改变进而提高靶向位点的编辑效率。最后，研究人员构建了PE3/PE3b，通过共表达介导非靶向DNA单链切刻（nick）的sgRNA，利用细胞内源性错配修复（mismatch repair）途径保护编辑链的修饰信息，从而进一步提高了prime editing的效率（图1B）。Prime editing具有非常广泛的应用前景，可以实现包括12种碱基替换、小片段碱基插入和缺失等的不同编辑用途（图1C），毋庸置疑地将在基础和临床研究领域获得广泛地应用。在这一专评论文中，陈佳教授等也指出了Prime Editing系统及其应用仍有亟待改进之处：如gRNA依赖性或非依赖性的脱靶效应尚且未知；PE3介导的高碱基插入/缺失率以及PrimeEditing系统在成体动物中的递送等问题。

图1：PE系统的创建与应用（A）PE系统示意图（B）PE系统的创建历程（C）PE系统可以介导的编辑类型

陈佳教授长期从事DNA损伤修复机制以及基因编辑相关的研究工作，已阐明APOBEC胞嘧啶脱氨酶在CRISPR/Cas9介导的基因编辑过程中产生突变的分子机制（Lei et al., 2018, Nature Structural& Molecular Biology）；在此基础上成功创建多种高效率、高精准型碱基编辑器（Wang et al., 2017, Cell Research; Liet al., 2018, Nature Biotechnology; Wang et al., 2018, NatureBiotechnology; Li et al., 2019, Cell Research）；揭示了多种碱基编辑器的效能差异并构建了可编辑致病突变数据库（Wang et al., 2019, Genome Biology），并应邀撰写综述评论等探讨基因编辑领域的进展（Chen et al., 2018, Cell; Chen et al., 2019, NatureBiotechnology; Yang et al., 2019, The CRISPRJournal）。

陈佳教授、杨贝副研究员与杨力研究员为该论文的共同通讯作者。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.11.030