基因治疗的新方法：引导编辑系统有望在人类细胞中插入整个基因

在2021年12月9日发表在《自然-生物技术》上的一项研究中，该团队描述了双引导编辑（twinPE），一种进行两个相邻的引导编辑的技术，在基因组的特定位置引入较大的DNA序列，很少有不必要的副产品。随着进一步的发展，该技术有可能被用作一种新的基因疗法，以安全和高度针对性的方式插入治疗性基因，以取代变异或缺失的基因。

研究人员通过在人类细胞中编辑与亨特氏综合征（一种罕见的遗传性疾病）有关的基因，证明了twinPE技术的治疗潜力。这种疾病是由一段特定的40000个碱基对的DNA倒置引起的。研究小组利用twinPE技术在基因组的同一位置引入了一个类似长度的倒置，显示了该方法如何被用来纠正致病突变。该团队还使用twinPE技术精确地将基因大小的数千个碱基对的DNA货物插入基因组中的治疗相关部位。

该方法解决了最初的引导编辑系统的一个局限性，它只能编辑几十个碱基对。然而，对一些遗传疾病的研究或治疗可能需要更大的编辑。与最初的引导编辑方法一样，TwinPE也没有通过在同一位置同时切割两条链来完全切断DNA双螺旋，这可能会诱发控制不良的编辑结果和有害的染色体异常。

该研究的资深作者、理查德-梅金教授和布罗德研究所梅金医疗转型技术研究所所长、哈佛大学教授、霍华德-休斯医学研究所研究员David Liu说：“在病人身上插入一个健康的基因，而不产生双链断裂和副产品的混合物一直是基因编辑的长期挑战之一。”

“TwinPE可能是一种潜在的更安全和更精确的方式，将有治疗意义的全基因插入我们指定的位置，如健康个体中原生基因的位置或被认为可将副作用风险降至最低的‘安全港’位置。”

黄金时间的编辑

由David实验室开发的引导编辑技术能够实现DNA替换、插入和删除，并有望纠正大多数已知的致病基因变异。最近对引导编辑技术的改进提高了其效率，使其更接近于治疗性应用。但编辑长度超过100个碱基对的序列仍然效率不高。

TwinPE技术填补了这一空白。该系统使用一个引导编辑蛋白和两个引导编辑指导RNA，它们指导编辑机器并对编辑进行编码。两条引导RNA中的每一条都引导编辑蛋白在基因组的不同目标位点上的DNA上做一个单链缺口，避免了其他方法中产生不必要的副产品的那种双链断裂现象。然后，该系统合成两条新的互补DNA链，在这两个缺口之间包含所需的序列。使用这种方法，该团队能够插入、替换或删除长达大约800个碱基对的序列。

为了编辑更大的序列，研究人员使用他们的twinPE技术在基因组中为称为位点特异性重组酶的酶安装“着陆点”，这些酶在基因组的特定位点催化DNA的整合。然后，该团队用重组酶处理细胞，并将他们想要插入基因组的长片DNA引入。结合twinPE和重组酶，科学家们可以编辑数千个碱基对长的序列--整个基因的长度。

David和他的团队现在正在测试不同的重组酶，这些重组酶可能会使twinPE更有效率。他们还在评估twinPE安装更长基因序列的能力。

David说：“包括我们在内的许多实验室长期以来的愿望是能够以科学家在过去几年中推进基因编辑的方式推进基因治疗。这项研究，连同其他科学家的其他努力，可能标志着新一代基因治疗策略的开始，就像CRISPR核酸酶、碱基编辑和质粒编辑代表了新一代基因编辑技术的开始。”