自2024年首次發布這種新的基因編輯技術以來，Prime Editing（PE）發展迅速，人們期待其精準和高效的應用越來越多。 在2024年發表的第乙份報告中，Prime Medicine的Andrew Anzalone和D**Id Liu報告說，他們已經開發出下一代基因編輯系統，該系統將使先導編輯朝著基因編輯的最終目標邁進：基因**。
試點編輯原則。
CRISPR Cas9系統由gRNA（pegRNA）和Cas9酶與逆轉錄酶融合而成，是先導編輯機制的重要組成部分。 當Cas9酶的兩個核酸酶結構域之一受到抑制時，它就變成了一種“切口酶”，只能切割一條DNA鏈。 因此，一旦 gRNA 與目標 DNA 序列結合，Cas9 切口酶就會切割 DNA 的單鏈以形成乙個開口。
以gRNA的另一端為模板;它的一部分補充了DNA的開放，另一部分經歷了所需的基因編輯。 裂解與匹配位點結合，並通過新增逆轉錄酶進行修復。 編輯後的開口被重新整合到 DNA 中，並在互補鏈上的第二個缺口的幫助下，在 DNA 修復機制下被修復以匹配另一條鏈。
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Twin Prime：下一代 Twin Prime 編輯器。
最初的主編專注於實現相對較小的點突變，然後從單個鹼基到插入和刪除數十個鹼基對長度的替換，但現在它無法修復導致遺傳疾病的更長的序列編輯或結構變異。 針對這種情況，Anzalone、Liu和他們的同事提出了雙飛行員編輯。 這個概念是以數學中的孿生素數猜想命名的，就像有無限多的素數一樣，也有無限多的孿生素數，比如17和19，它們是只相隔兩個的素數。 對於雙導聯編輯，Anzalone和Liu使用了兩種gRNA。 通過在兩者之間建立兩個重疊的鹼基序列，他們可以通過讓乙個pegRNA編輯前半部分和另乙個編輯後半部分來編輯更大的DN**片段。
然而，雙導聯編輯仍然難以插入具有 100 多個鹼基對的 DNA 序列。 為了克服這一限制，研究小組增加了乙個額外的元素：位點特異性重組酶。 在自然界中，這些酶識別並結合DNA中的特定位點，切割鏈並重新排列大片段，然後將鏈重新連線在一起。 它們在基因組編輯中的應用有利於優化插入基因的雙導聯編輯能力。 埃迪·吉恩。
他們決定使用雙引物來新增酶的識別位點，然後整合供體DNA序列的一部分。 Prime Medicine使用這種大型雙導聯編輯技術，提前使用位點特異性整合酶進行基因編輯。 “它有可能實現基因大小的整合，”Anzalone說。 這套主要編輯器可以處理小型、中型和大型 DNA 序列的編輯。 我們的下乙個目標是找出如何使用這些工具來開發新基因**。
先導化合物編輯在基因中的應用**。
除了糾正由點突變引起的相關遺傳疾病外，我們還在探索由重複擴張引起的疾病，如亨廷頓舞蹈症和弗里德賴希共濟失調，我們相信我們可以消除這些致病性重複，並可能對患者群體產生影響，Anzalone說，並補充說，先導編輯可用於產生有效的抗腫瘤CAR-T細胞。 www.edgene.cn
根據 Fyodor Urnov 的說法，Prime Medicine 最緊迫的任務是盡快將他們的技術帶給患者。 他希望看到Anzalone和他的團隊將技術開發到完美，而不是將其轉化為可以加快患者開發的技術。 在臨床醫學領域，可以優化一項技術的效力和安全性，直到它做好臨床準備，這種想法並不成立。 如果能夠滿足監管標準並且對患者透明，就足夠了。
Anzalone希望Prime Medicine能夠實現這兩個目標，並設想未來大規模採用先導編輯技術，一種方法是“進軍染色體”，從根本上解決患者群體中更常見的基因突變之一，然後是更多的遺傳疾病，這樣就有希望找到乙個合法的監管解決方案，不需要為每個新的pegRNA重新設計。 另一種方法是開發“長編輯序列”系統，該系統可以修復患者群體中可能發現的特定外顯子中的所有突變，因此單一藥物可以導致許多患者，而不僅僅是乙個患者。
但新技術的優先事項和策略呈現出兩難境地：首先選擇哪種疾病進行研究誰先開始了這項研究？這些問題很難簡單地回答。 “早期生物技術的最大困難是弄清楚你應該做多少這些事情，”Anzalone說。
reference：
1. kosicki m, et al. repair of double-strand breaks induced by crispr-cas9 leads to large deletions and complex rearrangements. nat biotechnol. 2018;36(8):765-771.
2.anzalone **et al. search-and-replace genome editing without double-strand breaks or donor dna. nature. 2019;576(7785):149-157.
3.anzalone **et al. programmable deletion, replacement, integration and inversion of large dna sequences with twin prime editing. nat biotechnol. 2022;40(5):731-740.
4.zhao z, et al. prime editing: advances and therapeutic applications. trends biotechnol. 2023.