近日，上海科技大学生命科学与技术学院高冠军课题组在学术期刊《核酸研究》 (Nucleic Acids Research) 上发表研究论文，报道了一种简单、高效的基因编辑方法“TEd”（Transcription-coupled Editor，TEd转录偶联编辑器）：通过在传统HR-供体(HR-donor) 上引入转录过程以改变DNA修复过程中的供体染色质结构状态来促进同源重组的发生，从而实现细胞内大片段DNA的高效编辑。
近年来，CRISPR/Cas9及其衍生物介导的基因编辑技术的开发与应用已引起了全世界广泛关注。多种依赖于HR同源重组途径的基因编辑器已经能够实现DNA的精准插入或基因删除，这不仅促进了生物医学的基础研究，同时为多种遗传疾病的治疗带来了巨大的临床应用前景。然而在哺乳类动物细胞中对于长片段DNA（尤其是10kb以上）的精准插入或删除效率却非常低，严重阻碍了CRISRP技术在大片段基因编辑时的操作可行性。
高冠军团队一直从事基因编辑技术的开发，早期研究试图在细胞中融合表达Cas9与RT逆转录酶，通过在HR-供体质粒上提供一个启动子来转录与同源DNA互补的RNA分子，然而此种依赖于RT逆转录酶在大片段基因敲入上的效率却很低。研究过程中偶然发现处于转录状态的HR-供体能显著促进同源重组修复，团队据此提出通过人工引入转录过程以期改变DNA修复过程中的供体与受体的染色质结构状态，从而验证HR-供体的结构状态改变是否可提高大片段DNA的插入和删除效率。
基于这一推测，团队开发了一系列优化的TEd基因编辑系统，通过在同源供体质粒上引入启动子以形成TC-供体（Transcription-Coupled HR-donor），并在其转录产物TC-RNA的3’端添加多个MS2茎环结构，以及在Cas9上融合MS2适配体的结合结构域（MCP）。经验证，TEd系统在几种哺乳类测试细胞中的编辑效率相比传统CRISPR/Cas9介导的编辑方法（CEd）提高了10倍左右。TEd系统不仅解决了传统基因编辑方法效率较低的问题，还为将来在表观遗传学的层面探索DNA重组修复机制提供了良好的基础。
图A | 转录耦合编辑器TEd与CEd传统编辑方法差别。
图B | 使用TEd系统的细胞中可以观察到有较CEd更多的环绕核膜的GFP荧光信号出现（LMNA-GFP整合），表明TEd系统可以更高效地在目标位点插入GFP标签。
高冠军课题组博士后张雪迪和2019级硕士研究生高凯旋为论文共同第一作者，高冠军教授为通讯作者。上海科技大学为唯一完成单位。该工作得到上海科技大学林照博、王皞鹏、马涵慧、陈佳、黄行许、刘冀珑和北京大学魏文胜等课题组的帮助。上海科技大学分子细胞与分子影像平台为研究提供了支持。该研究主要受到国家自然科学基金、上海市科学技术委员会和上海科技大学经费的支持。
论文标题：Transcription-coupled donor DNA expression increases homologous recombination for efficient genome editing
论文链接：
https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkac676/6656067