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刘如谦发明的先导编辑行不行?高彩霞团队对其进行了全面评估

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生物世界 2021-04-17 18:55
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撰文|王聪

2019年10月21日,单碱基编辑技术开创者刘如谦(David R. Liu)教授在Nature发表论文,开发了一种全新的精准基因编辑工具——先导编辑(Prime Editor),无需依赖DNA模板便可有效实现所有12种单碱基的自由转换,而且还能有效实现多碱基的精准插入与删除(最多插入44个碱基,或删除80个碱基)。

Nature杂志评论这一技术是“超精确的新型基因编辑工具”,Science杂志评论它是“超越CRISPR”的重大突破,哈佛大学教授,CRISPR先驱乔治·丘奇(George Church)盛赞这一成果:“朝着正确方向迈出的一大步”。

先导编辑(Prime Editor)的发明,为人类疾病治疗、农作物育种等带来了新的强大工具。但是,基因组编辑技术的应用必须要考虑到脱靶效应至今仍然缺少在全基因组层面对先导编辑脱靶效应的全面评估。

2021年4月15日,中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞团队在Nature Biotechnology期刊发表了题为:Genome-wide specificity of prime editors in plants 的研究论文。

该研究在植物细胞植物个体两个水平上对先导编辑(Prime Editor)系统的脱靶效应进行了深入和系统评估。

如上图所示,先导编辑(Prime Editor),将Cas9酶(蓝色)和逆转录酶(红色)结合成复合物,在pegRNA(绿色)的引导下,将该复合物带到DNA双螺旋(黄色和紫色)的特定位置,并保留在该位置插入新DNA序列。

为了在植物中对先导编辑系统的脱靶性进行全面系统地评估,研究团队首先检查了植物细胞中先导编辑的错配容忍度,发现编辑频率受引物结合位点(PBS)和先导编辑向导RNA(pegRNA)间隔序列错配数量和位置的影响。

然后,研究团队评估12个pegRNA在179个预测的脱靶位点的活性,我们仅检测到非常低频率的脱靶编辑(0.00〜0.23%)。

接下来研究团队进一步在蜘蛛个体水平检测先导编辑的脱靶效应,对29株经过先导编辑系统编辑的水稻植株进行了全基因组测序发现先导编辑不会导致导致基因组出现单碱基突变(SNV)或小片段的插入、缺失

由于先导编辑系统包含了逆转录酶和pegRNA,因此研究团队进一步证实了逆转录酶的异位过表达不会影响逆转录转座子拷贝数及端粒结构,也不会导致pegRNA或mRNA序列的随机插入。

总的来说,这些研究结果表明,先导编辑系统在全基因组范围内具有极高的编辑特异性,不会导致不依赖于pegRNA的脱靶效应。

该研究是首次在全基因组范围内全面评估先导编辑(Prime Editor)系统的脱靶效应,证实了先导编辑的高特异性,为这种新型基因编辑器的进一步应用奠定了信心。

论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1711-4

https://www.nature.com/articles/s41587-021-00891-x

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