Nature：新研究发现小RNA结合蛋白La可提高先导编辑效率

展源 2024-05-10

经过多年的基因编辑系统工程研究，科学家们已开发出一套能够修改活细胞基因组的工具，类似于“基因组手术”。这些工具，包括基于一种名为 CRISPR/Cas9 的天然系统的工具，为解决尚未满足的临床需求提供了巨大的潜力，最近美国食品药品管理局（FDA）批准了第一种基于 CRISPR/Cas9 的疗法，就凸显了这一点。

一种相对较新的方法被称为“先导编辑（prime editing）”，它能以极高的准确性和多功能性进行基因编辑，但也有一个关键的折衷：它的编辑效率不稳定，而且往往很低。换句话说，虽然先导编辑可以进行高精度的编辑，而且很少产生不必要的副产物，但这种方法也常常无法以合理的频率进行编辑。

在一项新的研究中，美国普林斯顿大学的Jun Yan和Britt Adamson及其同事们描述了一种更高效的先导编辑器（prime editor）。相关研究结果发表在2024年4月18日的Nature期刊上，论文标题为“Improving prime editing with an endogenous small RNA-binding protein”。

先导编辑系统最低限度由两种组分组成：CRISPR/Cas9 蛋白元件的改进版和称为 pegRNA 的核糖核酸（RNA）分子。这两种组分通过几个协调步骤共同起作用：首先，pegRNA 与这种蛋白元件结合，引导产生的复合物到达基因组中的理想位置。在那里，这种蛋白元件切开 DNA，利用 pegRNA 上编码的模板序列，将编辑内容“反向转录”到附近的基因组中。这样，先导编辑器就能将精确的序列“写入”目标DNA 中。

Adamson说，“先导编辑是一种非常强大的基因组编辑工具，因为它能让我们更准确地控制基因组序列是如何改变的。”

在研究之初，Adamson和Yan推断，未知的细胞过程可能会帮助或阻碍先导编辑。为了确定这些过程，Yan 制定了一个概念简单的计划：首先，他将设计一种细胞系，当进行了某些先导编辑时，该细胞系就会发出绿色荧光。然后，他将系统性地阻断这些细胞中正常表达的蛋白的表达，并测量编辑诱导的荧光，以确定这些蛋白中哪些会影响先导编辑。

通过执行这一计划，这些作者确定了先导编辑的36种细胞决定因素，其中只有一种---小RNA结合蛋白La---能促进先导编辑。Yan说，“虽然促进先导编辑显然不是La蛋白的正常功能，但我们的实验表明，它能极大地促进这一过程。”

众所周知，在细胞内，La蛋白能结合新生小RNA分子末端的特定序列，保护这些RNA不被降解。这些作者立即意识到，Yan首次实验中使用的pegRNA很可能包含这些精确的序列，即所谓的聚尿苷片段（polyuridine tract），因为它们是pegRNA在细胞中表达的典型副产物，但往往被忽视。随后的实验表明，这些 pegRNA 无意中利用了La蛋白的末端结合活性来保护和促进先导编辑。

图片来自Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-07259-6

受这些研究结果的启发，这些作者想知道将La蛋白中结合聚尿苷片段的部分与标准的先导编辑蛋白融合是否能提高先导编辑效率。他们兴奋地发现，由此产生的蛋白（他们称之为 PE7）在多种条件下能够大幅提高预期的先导编辑效率，而且在使用某些先导编辑系统时，不需要的副产物产生的频率非常低。

他们的研究结果很快引起了对在原代人类细胞中进行先导编辑感兴趣的同行们的注意，其中包括波士顿儿童医院和哈佛医学院的Daniel Bauer以及加州大学旧金山分校的Alexander Marson。他们与来自这些的科学家们一起，继续证实PE7 还能提高治疗相关细胞类型中的先导编辑效率，为未来的临床应用提供了更广阔的前景。

Bauer指出，“这项新的研究是一个很好的例子，说明深入探究细胞的内部运作可以获得意想不到的见解，从而在短期内产生生物医学影响。”

参考资料：

Jun Yan et al. Improving prime editing with an endogenous small RNA-binding protein. Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-07259-6.

A small factor makes a big impact on genome editing
https://phys.org/news/2024-04-small-factor-big-impact-genome.html

内容来源：Bioon细胞

责任编辑：展源

审　　核：何发