上海
撰文丨王聰
編輯丨王多魚
排版丨水成文
精準(zhǔn)的基因組編輯在諸如生物學(xué)研究、醫(yī)學(xué)研究以及作物育種等眾多領(lǐng)域都至關(guān)重要。先導(dǎo)編輯器（Prime Editor，也叫做引導(dǎo)編輯器）能夠生成精確的單堿基替換以及小片段 DNA 的準(zhǔn)確插入和刪除，是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)基因組編輯的強(qiáng)大工具。經(jīng)典的先導(dǎo)編輯系統(tǒng)利用逆轉(zhuǎn)錄酶與非靶向鏈（NTS）切口酶（例如 nCas9-H840A 或 nCas12a-R1138A）共同作用，在切割位點(diǎn)下游產(chǎn)生編輯效果。
然而，由于缺乏能夠以 3'→5' 方向聚合 DNA 的逆轉(zhuǎn)錄酶，先導(dǎo)編輯器通常僅限于在其切割位點(diǎn)下游進(jìn)行精確編輯，從而限制了編輯范圍。
2025 年 5 月 31 日，中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所基因組編輯中心高彩霞團(tuán)隊(duì) （梁榮洪、汪珊為共同第一作者 ） 在 Nature 子刊Nature Communications上發(fā)表了題為 ：Circular RNA-mediated inverse prime editing in human cells 的研究論文。
該研究開發(fā)了一種解旋酶輔助的、環(huán)狀 RNA 介導(dǎo)的反向先導(dǎo)編輯系統(tǒng)，拓寬了基因組編輯范圍，顯著提高了編輯效率，并在精準(zhǔn)度和安全性方面展示了顯著優(yōu)勢(shì)， 有望成為疾病模型構(gòu)建和基因治療的 有力 工具。
在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種反向先導(dǎo)編輯器（inverse Prime Editor，iPE）系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用靶向鏈（TS）切口酶nCas9-D10A實(shí)現(xiàn)反向先導(dǎo)編輯。
研究團(tuán)隊(duì)最初通過(guò)將 nCas9-H840A 切口酶替換為 nCas9-D10A 來(lái)開發(fā) iPE 編輯器。然而，這些 iPE 編輯器表現(xiàn)出有限的先導(dǎo)基因編輯效率，最高編輯效率率僅為 8.6%。
PE 與 iPE
研究團(tuán)隊(duì)推測(cè)，這種局限性可能是由于 iPE 編輯器內(nèi)引物結(jié)合位點(diǎn)（PBS）的解旋效率低下所致。為解決這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了環(huán)狀 RNA（circRNA）介導(dǎo)的反向先導(dǎo)編輯器（ciPE），利用環(huán)狀 RNA 的獨(dú)特性質(zhì)來(lái)提高反向先導(dǎo)編輯的效率。
ciPE
ciPE 編輯器帶來(lái)了顯著的改進(jìn)，編輯效率提高到了 0.1%-24.7%。為了進(jìn)一步提高編輯效率，研究團(tuán)隊(duì)引入了一種經(jīng)過(guò)改良的 3'→5' 解旋酶 Rep-X 作為輔助蛋白，這使得反向編輯效率提高到了 2.7%-55.4%。
Rep-X 輔助的 ciPE
接下來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)將 Rep-X 輔助的 ciPE 系統(tǒng)與現(xiàn)有的 PE 系統(tǒng)進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示，Rep-X 輔助的 ciPE 系統(tǒng)相比 PE、PAMless PE 及 TwinPE，在特定位點(diǎn)的編輯效率提高了數(shù)倍乃至超百倍。
為了檢驗(yàn) Rep-X 輔助的 ciPE 系統(tǒng)在疾病中的潛在應(yīng)用，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步驗(yàn)證了其在乳腺癌相關(guān)基因
BRCA1先天性黑蒙癥相關(guān)基因
RPE65中分別實(shí)現(xiàn)了 13.3% 和 9.5% 的反向基因編輯效率，而 PAMless PE 系統(tǒng)的編輯效率分別是 5.7% 和 2.9%，TwinPE 系統(tǒng)則分別為 0.8% 和 0.5%。
BRCA1
RPE65基因的編輯效率對(duì)比
眾所周知，先導(dǎo)編輯器產(chǎn)生的脫靶編輯很少，但它們往往會(huì)產(chǎn)生更多的副產(chǎn)物，導(dǎo)致編輯純度不夠高，這限制了它們的臨床應(yīng)用。該研究證實(shí)，Rep-X 輔助的 ciPE 系統(tǒng)的編輯純度遠(yuǎn)高于 PAMless PE 系統(tǒng)和 twinPE 系統(tǒng)，具有更高的基因編輯精度和安全性。
這些結(jié)果表明，Rep-X 輔助的、環(huán)狀 RNA 介導(dǎo)的反向先導(dǎo)編輯系統(tǒng)，拓寬了基因組編輯范圍，顯著提高了編輯效率，并在精準(zhǔn)度和安全性方面展示了顯著優(yōu)勢(shì)，有望成為疾病模型構(gòu)建和基因治療的有力工具。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-025-59120-7
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