基因编辑能做到单个基因位点的精准编辑，但是缺乏高效精确的基因组结构编辑工具。基因扩增（基因重复）是指在生物体内复制DNA片段，形成重复序列。扩增范围从几个碱基对到包含整个染色体的部分区域。基因扩增在进化、遗传性疾病和癌症的发生发展中扮演重要角色，是一种染色体的结构变异。因此，开发一种高效且可编程的基因组编辑工具模拟基因扩增这一结构变异，有助于研究其功能和机制。2024年6月26日，武汉大学医学研究院/中南医院医学研究院/教育部免疫与代谢前沿科学中心/泰康生命医学中心殷昊教授团队在 Cell 期刊发表了题为：Amplification editing enables efficient and precise duplication of DNA from short sequence to megabase and chromosomal scale 的研究论文。该研究开发了一种名为Amplification Editing（AE）的方法，以可编程的方式精确高效地复制从小片段到包含特定染色体大部分区域的基因组序列，是一种高效精确的基因组结构编辑工具，将精准复制的范围从单个基因位点扩展到染色体层面。首先，研究团队在11个细胞系的多个位点进行了验证。在AE复制长度和效率方面，当复制的DNA长度为20 bp至8 Kb时，AE可进行多次复制，形成串联重复序列。当复制长度为1 Mb时，AE的编辑效率最高达73.0%；复制长度为100 Mb（接近染色体的平均长度）时，效率达到3.4%。通过原位荧光杂交、核型分析、全基因组测序等实验，可以直接观察到染色体区域的复制。在AE编辑的精准度方面，连接处的二代测序和全长的三代测序数据显示，indels均低于1%。其次，研究团队利用AE精准修正了绿色荧光蛋白序列和实现miRNA的内源性过表达。同时，在髓性白血病细胞系K562中建立的α地中海贫血模型，并测试了AE的效果，实现了HBA基因的mRNA水平的提高和 α/γ-珠蛋白比例的上升。这些结果表明AE能够恢复基因表达、扩增miRNA并增加模型细胞系中的α-珠蛋白的表达。接下来，AE在人源和鼠源干细胞的多个位点均实现了高效精准的短片段和Mb级别编辑，模拟了染色体微重复疾病的基因型，并使用全基因组测序验证了编辑的精准性。这表明AE能够精准构建超大片段复制相关的疾病模型。最后，研究团队还对AE的机制进行了初步探究。在被抑制细胞周期的RPE-1细胞中，AE的效率降低。在小鼠原代神经元中，AE只可实现短片段的复制。这说明AE在Mb级别的复制依赖于细胞周期。综上所述，该研究开发了一种名为“Amplification Editing（AE）”的基因组编辑工具，可实现从短片段到染色体长度的精准复制。该工具的开发可促进基因组疾病模型的建立，推动基因进化和癌症机制相关的研究。武汉大学医学研究院研究生张瑞文、何周、史亚晶、孙祥堃、陈昕宇和王国权为论文共同第一作者，殷昊教授为论文通讯作者。武汉大学为论文的第一署名单位。
https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(24)00637-8
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