许多临床疾病与基因突变有关,准确纠正变异基因组一直是研究人员长期追求的目标。尽管基因组编辑技术发展迅速,但高效、准确和自由地改变DNA仍是一个巨大的挑战。利用基于Crispr的引导编辑工具(Prime editing)可以精确地对基因组中的序列进行几乎所有类型的编辑,对生物基因组改造和开发各种基因治疗药物具有重大意义,然而目前其应用还受到编辑效率等因素的限制,亟待提高引导编辑器性能。
中国科学院天津工业生物技术研究所毕昌昊研究员带领的合成生物学技术研究组、张学礼研究员带领的微生物代谢工程研究组,应用各种策略招募目标蛋白以开展编辑。首先,研究人员发现将不同目标蛋白直接融合到主编辑器将不可避免地降低编辑效率。因此,研究人员在prime编辑系统中应用Suntag系统来招募目标蛋白,并发现2*GCN4-PE2的融合具有最小的负面影响。使用该系统,转录因子P65可以增强编辑系统中不同基因位点的编辑效率。此外,研究人员进一步应用MS2发夹结构来招募MS2融合的P65,并证实P65蛋白的招募可以有效提高PE3和PE5系统中的引物编辑效率。通过DNase I测定,证明了编辑效率的提高很可能与P65引起的染色质可及性改变有关。
科研人员应用Suntag和MS2系统来招募P65,并提高了各种PE系统的编辑效率。该研究提供了多种招募蛋白质作为筛选靶因子的蛋白质支架的方法,从而进一步优化引物编辑系统。
相关工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和天津市合成生物技术创新能力提升行动项目资助。相关成果发表在Nature Communications期刊。研究所博士后陈荣浩,客座研究生曹宇和刘雅静为论文第一作者,毕昌昊和张学礼研究员为论文共同通讯作者。
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PE3、PE5系统通过MS2系统招募P65以及编辑效率提高结果示意图
P65通过提高目标区域染色体可及性提高PE编辑效率示意图