新型CRISPR基因组编辑系统可在人类细胞中提供广泛的多功能性

麻省理工学院和哈佛大学博德分校的一个团队通过将分子生物学中两个最重要的蛋白质CRISPR-Cas9和逆转录酶整合到一台机器上，开发了一种新的CRISPR基因组编辑方法。

该系统称为“原始编辑”，能够以精确，高效和高度通用的方式直接编辑人体细胞。该方法扩大了生物学和治疗学研究的基因编辑范围，并有可能纠正多达89%的已知致病基因变异。

“分子生命科学的主要愿望是能够在任何位置精确地改变基因组的能力。我们认为主要的编辑使我们更接近该目标。”核心研究所成员，理查德·默金教授，副主席戴维·刘说麻省理工学院和哈佛大学博得学院医学系变革医学技术研究所所长。“我们还没有发现哺乳动物细胞中的另一种编辑技术，它可以提供这种水平的多功能性和精确度，而副产物却很少。”

Liu是今天发表在《自然》上的一篇文章的高级作者，该论文描述了主编。该研究还由第一作者安德鲁·安扎洛(Andrew Anzalone)领导，安德鲁·安扎洛(Andrew Anzalone)是Broad大学Liu实验室的Jane Coffin Childs博士后。

CRISPR新方法

原始编辑与以前的基因组编辑系统不同，它使用RNA指导新DNA序列在人细胞中的插入。

Cas9蛋白是最早在人类细胞中进行基因组编辑的CRISPR工具，它是由Broad研究所，麻省理工学院和哈佛大学率先开发的。Cas9在每个DNA链上附近断裂，从而完全切割了DNA。这些工具可以在特定位置破坏靶基因，然后通过将新的DNA重组到位点(由细胞本身控制)而添加新的序列成为可能。

由Liu的实验室首先开发的基础编辑器基于此技术，将Cas9融合到可以进行化学反应的蛋白质上，从而将一个DNA字母转换为另一个字母。当前的库编辑器可以有效地进行四种类型的单库更改：C到T，T到C，A到G和G到A。

新的主要编辑系统涉及将Cas9与另一种称为逆转录酶的蛋白质偶联。分子复合物使用目标DNA位点的一链“引发”或引发将编辑后的遗传信息直接写入基因组。

一种新型的工程化指导RNA，称为pegRNA，将主要编辑器引导至其靶位点，在该位点，经过修饰的Cas9切割DNA的一条链。pegRNA还包含其他编码新编辑序列的RNA核苷酸。为了传递该信息，逆转录酶元件读取RNA延伸并将相应的DNA核苷酸写入靶点。

按订单进行编辑

在《自然》杂志的论文中，研究小组证明了主要编辑技术能够准确纠正导致镰状细胞性贫血的基因变异，这种变异需要将特定的T转化为A和Tay Sachs病，并要求在精确的位置去除四个DNA字母。在基因组中。

研究人员进一步报告了人类细胞和原代小鼠神经元中各种成功的编辑类型，包括用一种替换另一种DNA字母的所有12种可能方式，插入长达44个DNA字母的新DNA片段，精确删除多达80个DNA字母和修改结合了这些不同类型的修改。

“通过初步编辑，我们现在可以将镰状细胞贫血突变直接改回正常序列，并去除导致泰晤士病的四个额外的DNA碱基，而无需完全切割DNA或不需要DNA模板，”哈佛大学化学与化学生物学教授，霍华德·休斯医学研究所研究员。“该系统的优点在于，对编辑的序列几乎没有限制。由于添加的核苷酸是由pegRNA指定的，因此它们可以是与原始链仅一个字母不同，具有更多或更少字母或这些变化的各种组合。”

“随着我们开发这项技术，主要编辑的多功能性很快变得显而易见，” Anzalone回忆说。“我们可以将新的遗传信息直接复制到目标位点的事实是一个启示。我们感到非常兴奋。”

研究人员报告说，进行精确度更改时，与需要在每条DNA链上进行邻近断裂的方法相比，主要编辑能够以较低的不良“脱靶”更改率实现成功的编辑。根据研究小组的数据，主要编辑还可以对碱基编辑者难以访问的靶序列进行精确的单核苷酸改变。

Liu的团队打算继续优化主要编辑，包括最大程度地提高其在许多不同细胞类型中的效率，进一步研究主要编辑对细胞的潜在影响，在疾病的细胞和动物模型中进行额外测试，并探索动物的传递机制以提供潜在的人体治疗应用的途径。

研究人员和Broad Institute正在免费向学术界和非营利性社区提供此技术，包括通过非营利性Addgene共享载体。对于这些组，不需要许可证。

Broad Institute正在提供主要的编辑工具，以非排他性地许可用于公司的研究和制造以及工具和试剂的商业开发。对于人类治疗用途，博德研究所已在包容性创新模式下将该技术许可给Prime Medicine。正如公开报道的那样，Beam Therapeutics已从Prime Medicine获得了分许可，以在某些领域和某些应用中使用主编辑。(Liu是Prime Medicine和Beam Therapeutics的顾问和联合创始人。)

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