大(dà)多(duō)數(shù)導緻疾病的遺傳變異很(hěn)難有(yǒu)效糾正，且沒有(yǒu)過多(duō)的副産物。近期，博德研究所David Liu團隊在Nature 在線發表題為(wèi)”Search-and-replace genome editing without double-strand breaks or donor DNA“的研究論文，該研究描述了Prime編輯，這是一種通(tōng)用且精确的基因組編輯方法，它使用融合了工程逆轉錄酶的催化受損的Cas9，将新的遺傳信息直接寫入指定的DNA位點，并使用Prime編輯向導RNA（pegRNA）進行(xíng)編輯。
研究人(rén)員在人(rén)細胞中進行(xíng)了175次以上(shàng)的編輯，包括靶向插入，缺失和(hé)所有(yǒu)12種類型的點突變，而無需雙鏈斷裂或供體(tǐ)DNA模闆。研究人(rén)員在人(rén)類細胞中應用了Prime編輯功能，以有(yǒu)效地糾正鐮狀細胞疾病（要求HBB發生(shēng)轉化）和(hé)Tay-Sachs病（要求HEXA發生(shēng)缺失）的主要遺傳原因。四個(gè)人(rén)類細胞系和(hé)有(yǒu)絲分裂後的小(xiǎo)鼠皮層神經元原代以不同的效率支持Prime編輯。與堿基編輯相比，Prime編輯提供了效率和(hé)産品純度方面的優勢；與堿基編輯相比，具有(yǒu)互補的優勢和(hé)劣勢，并且在已知Cas9脫靶位點處的脫靶編輯比Cas9核酸酶低(dī)得(de)多(duō)。Prime編輯大(dà)大(dà)擴展了基因組編輯的範圍和(hé)能力，并且原則上(shàng)可(kě)以糾正約89％的已知緻病性人(rén)類遺傳變異。截止文章發表，Editas Medicine股票(piào)大(dà)漲。 2019年12月12日，上(shàng)海科技(jì)大(dà)學陳佳，楊貝及中國科學院上(shàng)海營養與健康研究所楊力在Cell 發表題為(wèi)“One Prime for All Editing”的點評文章，指出這種“一勞永逸”的編輯系統将推動生(shēng)物醫(yī)學研究的發展，并具有(yǒu)對人(rén)類健康的臨床潛力。
在任何活細胞或有(yǒu)機體(tǐ)的基因組中進行(xíng)任意改變的能力都是生(shēng)命科學的長期願望。盡管基因組編輯技(jì)術(shù)取得(de)了飛速發展，但(dàn)與疾病相關的已知> 75,000種人(rén)類遺傳變異中的大(dà)多(duō)數(shù)仍然難以糾正。可(kě)編程核酸酶（例如CRISPR-Cas9）産生(shēng)雙鏈DNA斷裂（DSB），可(kě)以通(tōng)過在靶位點誘導插入和(hé)缺失（indels）的混合物來(lái)破壞基因。
然而，DSB與不期望的結果相關，包括易位和(hé)p53激活等。此外，絕大(dà)多(duō)數(shù)病原體(tǐ)等位基因來(lái)自特定的插入，缺失或堿基取代，需要更精确的編輯技(jì)術(shù)來(lái)糾正。
體(tǐ)外和(hé)酵母細胞中Prime編輯和(hé)可(kě)行(xíng)性研究的概述
DSBs刺激的同源性定向修複（HDR）已被廣泛用于精确的DNA編輯。但(dàn)是，HDR依賴于外源供體(tǐ)DNA修複模闆，通(tōng)常會(huì)通(tōng)過DSB的末端修複産生(shēng)過量的indel，并且在大(dà)多(duō)數(shù)治療相關的細胞類型（T細胞和(hé)某些(xiē)幹細胞是重要的例外）中效率低(dī)下。雖然提高(gāo)DSB介導的編輯的效率和(hé)精度仍然是有(yǒu)前途的工作(zuò)的重點，但(dàn)這些(xiē)挑戰促使人(rén)們探索替代的精确基因組編輯策略。
PE1和(hé)PE2對人(rén)類細胞中的基因組DNA進行(xíng)初步編輯
堿基編輯可(kě)以有(yǒu)效地進行(xíng)四個(gè)堿基轉換突變（C→T，G→A，A→G和(hé)T→C），而無需在包括哺乳動物在內(nèi)的許多(duō)細胞類型和(hé)生(shēng)物體(tǐ)中使用DSB，但(dàn)目前無法執行(xíng)八個(gè)轉換突變 （C→A，C→G，G→C，G→T，A→C，A→T，T→A和(hé)T→G），例如需要從T•A到A•T突變直接糾正鐮狀細胞病（HBB E6V）的最常見原因。 此外，尚無報道(dào)采用無DSB的方法進行(xíng)靶向缺失，如去除引起Tay-Sachs病（HEXA 1278 + TATC）的4堿基重複，或靶向插入，如需要直接插入3個(gè)堿基來(lái)糾正最常見的囊性纖維化病因（CFTRΔF508）。因此，即使在大(dà)多(duō)數(shù)細胞類型中，有(yǒu)針對性的轉化，插入和(hé)缺失也很(hěn)難有(yǒu)效校(xiào)正，并且沒有(yǒu)過多(duō)的副産物，即使它們共同構成了大(dà)多(duō)數(shù)已知的緻病等位基因。
PE3和(hé)PE3b系統在非編輯鏈上(shàng)刻痕以提高(gāo)Prime編輯效率
在這裏，研究人(rén)員描述了Prime編輯的發展，一種“搜索并替換”的基因組編輯技(jì)術(shù)，可(kě)在人(rén)細胞中介導靶标插入，缺失，所有(yǒu)12種可(kě)能的堿基間(jiān)轉換及其組合，而無需DSB或供體(tǐ)DNA模闆。最初以PE1為(wèi)例的Prime編輯器(qì)（PE）使用與RNA可(kě)編程切口酶融合的逆轉錄酶（RT）和(hé)Prime編輯擴展的指導RNA（pegRNA），将遺傳信息從pegRNA的延伸部分直接複制(zhì)到目标基因組DNA位點中。 PE2使用工程RT來(lái)提高(gāo)編輯效率，而PE3切掉未編輯的鏈以誘導其替換并進一步提高(gāo)編輯效率。
在HEK293T細胞中的七個(gè)內(nèi)源基因組位點，用PE3靶向插入，缺失和(hé)所有(yǒu)12種類型的點突變。
與已知的Cas9脫靶基因座相比，Prime編輯提供的脫靶活性遠低(dī)于Cas9，與Cas9引起的HDR相比，副産物少(shǎo)得(de)多(duō)，效率更高(gāo)或相似，并且與堿基編輯器(qì)相比具有(yǒu)互補的優勢和(hé)劣勢。通(tōng)過無需DSB或供體(tǐ)DNA模闆即可(kě)進行(xíng)精确的靶向插入，缺失和(hé)所有(yǒu)12種可(kě)能的點突變類别，Prime編輯具有(yǒu)促進絕大(dà)多(duō)數(shù)緻病等位基因研究和(hé)校(xiào)正的潛力。
Prime編輯緻病性突變，對原代小(xiǎo)鼠皮層神經元進行(xíng)Prime編輯，并比較四