天津医科大学等开发具有反转编辑窗口和增强保真度的Prime编辑工具rPE

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关键词：

来源：

Nature Communications

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来源地址：

https://www.nature.com/articles/s41467-025-60495-w

资源所属：

农业生物技术专题

类型：

学术文献

语种：

英语

原文发布日期：

2025-06-04

摘要：

2025年6月4日，天津医科大学肿瘤医院郝继辉、余俊、杨超联合中科院天津工业生物技术研究所张学礼、毕昌昊及天津医科大学石磊团队在《Nature Communications》发表题为“Prime editor with rational design and AI-driven optimization for reverse editing window and enhanced fidelity”的研究论文。该研究介绍了一种名为逆转Prime编辑（reverse Prime Editing, rPE）的新技术，它通过SpCas9导向的变体实现了在HNH介导的切口位点3′方向的DNA编辑。rPE利用nCas9-D10A和针对HNH介导切口位点5′方向的rPE gRNA（rpegRNA），实现了反转编辑窗口和潜在的高保真度。研究发现，通过蛋白语言模型和La蛋白辅助优化HNH和逆转录酶（RT），结合环状rpegRNA策略，rPE在没有切口gRNA或正选择的情况下，编辑效率可达44.41%。此外，rPE还在插入功能性增强变异（如PIK3CDE527G）方面展现出潜力，为细胞治疗提供了可能。Prime编辑（PE）是一种在真核生物中进行精确基因突变的工具，能够在不引起双链断裂（DSBs）的情况下实现靶向DNA修饰。PE由可编程切口酶SpCas9-H840A、逆转录酶（RT）和Prime编辑向导RNA（pegRNA）组成。pegRNA包含引物结合位点（PBS）、RT模板（RTT）和间隔序列。尽管PE在纠正多种已知致病突变方面具有潜力，但其编辑效率和应用范围仍有待提高。研究者们开发了rPE技术，通过将Cas9-H840A转换为Cas9-D10A，并设计基于目标链的pegRNA，实现了编辑窗口的反转。rPE在多个基因组位点上展现出显著的编辑效率，其中rPE2的编辑效率最高可达16.34%。进一步优化rPE系统，包括引入切口gRNA（ngRNA）和工程化rpegRNA（erpegRNA），显著提高了编辑效率。例如，rPE3在EMX1-4位点的编辑效率提高了约2.12倍。此外，通过蛋白语言模型（PLMs）优化HNH和MMLV RT，研究者们识别出多个潜在的高效突变位点，其中Q826E、Q291I和D339E的组合在多个基因组位点上显著提高了编辑效率。研究还探索了rPE在人类细胞中的应用，特别是在引入功能性增强变异方面。例如，在HEK293T细胞中，rPE成功引入了PIK3CDE527G变异，编辑效率分别达到32.8%和44.2%。此外，研究者们还在Jurkat细胞和原代T细胞中验证了rPE系统，发现其能够有效地引入PIK3CD变异，并在与患者衍生类器官（PDOs）的共培养实验中显示出显著的凋亡活性增加。总的来说，这项研究通过合理设计和AI驱动的优化，开发了具有反转编辑窗口和增强保真度的Prime编辑工具rPE。rPE技术不仅扩展了Prime编辑的应用范围，提高了编辑效率，还展示了其在基因治疗中的潜力，特别是在嵌合抗原受体T细胞（CAR-T细胞）疗法中引入功能性增强变异的能力。这一进展为基因编辑工具集增添了新的成员，并为未来的基因治疗应用提供了新的可能性。