2019年12月12日，我校生命科学与技术学院陈佳教授、免疫化学研究所杨贝副研究员与中国科学院－马普计算生物学伙伴研究所杨力研究员（我校特聘教授），应邀在国际顶尖学术期刊《细胞》（Cell）上发表题为“One Prime for All Editing”的专评论文（Preview），对哈佛大学David Liu教授近期在Nature杂志发表的《Search-and-replace genome editing without double-strand breaks or donor DNA》（无需双链断裂或者供体DNA的“查找并替换”基因组编辑技术）研究进行介绍，详细解读新型基因编辑系统Prime Editing（导向编辑）的工作原理，并展望该领域未来发展方向。
图1：导向编辑器（PE）系统的创建与应用
（A）PE系统示意图（B）PE系统的创建历程（C）PE系统可以介导的编辑类型
在该专评论文中，陈佳教授等对导向编辑系统的设计原理及构建过程进行了介绍（图1）。新型导向编辑系统通过将Cas9切刻酶与逆转录酶融合表达，并利用导向编辑指导RNA（prime editing guide RNA，pegRNA）最终实现靶位点的基因编辑。其中，pegRNA由3个部分组成，包括single-guide RNA（sgRNA）、引物结合位点（Prime Binding Site，PBS）和储存有靶向位点编辑信息的反转录模板（RT templet with edit，图1A）。导向编辑器（Prime Editor，PE，）在创建过程中经历了3步关键改进。PE1利用Cas9切刻酶（H840A）和Moloney Murine Leukemia Virus（M-MLV）逆转录酶构成，虽可以精确实现设计的基因组编辑，但在哺乳动物细胞上的编辑效率较低。因此，研究人员构建了PE2，主要是通过在M-MLV逆转录酶中引入5个氨基酸改变进而提高靶向位点的编辑效率。最后，研究人员构建了PE3/PE3b，通过共表达介导非靶向DNA单链切刻（nick）的sgRNA，利用细胞内源性错配修复（mismatch repair）途径保护编辑链的修饰信息，从而进一步提高了导向编辑的效率（图1B）。导向编辑具有非常广泛的应用前景，可以实现包括12种碱基替换、小片段碱基插入和缺失等的不同编辑用途（图1C），毋庸置疑地将在基础和临床研究领域获得广泛地应用。在这一专评论文中，陈佳教授等也指出了导向编辑系统及其应用仍有亟待改进之处：如gRNA依赖性或非依赖性的脱靶效应尚且未知；PE3介导的高碱基插入/缺失率以及导向编辑系统在成体动物中的递送等问题。
陈佳教授、杨贝副研究员与杨力研究员为该论文的共同通讯作者。
文章链接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(19)31287-5