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Nature子刊:高彩霞团队开发反向先导编辑系统,在人类细胞中实现高效、精准基因编辑

来源:生物世界 2025-06-05 10:03

这些结果表明,Rep-X 辅助的、环状 RNA 介导的反向先导编辑系统,拓宽了基因组编辑范围,显著提高了编辑效率,并在精准度和安全性方面展示了显著优势,有望成为疾病模型构建和基因治疗的有力工具。

中国科学院遗传与发育生物学研究所基因组编辑中心高彩霞团队(梁荣洪、汪珊为共同第一作者)在 Nature 子刊Nature Communications上发表了题为:Circular RNA-mediated inverse prime editing in human cells的研究论文。

该研究开发了一种解旋酶辅助的、环状 RNA 介导的反向先导编辑系统,拓宽了基因组编辑范围,显著提高了编辑效率,并在度和安全性方面展示了显著优势,有望成为疾病模型构建和基因治疗的有力工具。

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在这项最新研究中,研究团队开发了一种反向先导编辑器(inverse Prime Editor,iPE)系统,该系统利用靶向链(TS)切口酶nCas9-D10A实现反向先导编辑。

研究团队最初通过将 nCas9-H840A 切口酶替换为 nCas9-D10A 来开发 iPE 编辑器。然而,这些 iPE 编辑器表现出有限的先导基因编辑效率,最高编辑效率率仅为 8.6%。

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PE 与 iPE

研究团队推测,这种局限性可能是由于 iPE 编辑器内引物结合位点(PBS)的解旋效率低下所致。为解决这一问题,研究团队设计了环状 RNA(circRNA)介导的反向先导编辑器(ciPE),利用环状 RNA 的独特性质来提高反向先导编辑的效率。

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ciPE

ciPE 编辑器带来了显著的改进,编辑效率提高到了 0.1%-24.7%。为了进一步提高编辑效率,研究团队引入了一种经过改良的 3 5 解旋酶 Rep-X 作为辅助蛋白,这使得反向编辑效率提高到了 2.7%-55.4%。

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Rep-X 辅助的 ciPE

接下来,研究团队将 Rep-X 辅助的 ciPE 系统与现有的 PE 系统进行了比较,结果显示,Rep-X 辅助的 ciPE 系统相比PE、PAMless PE 及 TwinPE,在特定位点的编辑效率提高了数倍乃至超百倍。

为了检验 Rep-X 辅助的 ciPE 系统在疾病中的潜在应用,研究团队进一步验证了其在相关基因BRCA1和先天性黑蒙症相关基因RPE65中分别实现了 13.3% 和 9.5% 的反向基因编辑效率,而PAMless PE 系统的编辑效率分别是 5.7% 和 2.9%,TwinPE 系统则分别为 0.8% 和 0.5%。

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对BRCA1和RPE65基因的编辑效率对比

众所周知,先导编辑器产生的脱靶编辑很少,但它们往往会产生更多的副产物,导致编辑纯度不够高,这限制了它们的临床应用。该研究证实,Rep-X 辅助的 ciPE 系统的编辑纯度远高于 PAMless PE 系统和 twinPE 系统,具有更高的基因编辑精度和安全性。

这些结果表明,Rep-X 辅助的、环状 RNA 介导的反向先导编辑系统,拓宽了基因组编辑范围,显著提高了编辑效率,并在精准度和安全性方面展示了显著优势,有望成为疾病模型构建和基因治疗的有力工具。

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