Cell：通过CRISPR转录激活，增强先导编辑效率

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编译丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

先导编辑（Prime editing）是刘如谦（David Liu）团队于2019年开发的一种新型精准基因编辑技术，其具有高度可编程性和特异性，且不依赖DNA双链断裂（DSB），即可有效实现所有12种单碱基的自由转换，还能实现多碱基的精准插入与删除，在遗传建模、功能基因组学以及遗传疾病治疗等多个领域具有显著优势。

然而，先导编辑也有一些突出的不足之处，例如编辑效率不稳定，并且通常效率较低。导致这种情况的因素可能包括：1）先导编辑核糖核蛋白复合物的特性；2）目标序列和编辑类型；3）反式作用因素（例如内源性DNA修复蛋白）；4）目标位点的顺式染色质环境。

前3个因素已经被深入研究，并带来了提高先导编辑效率的新策略。然而，顺式染色质环境如何影响先导编辑，仍在很大程度上未被探索。

2024年4月11日，华盛顿大学 Jay Shendure、李晓弈等人在国际顶尖学术期刊 Cell 上发表了题为：Chromatin context-dependent regulation and epigenetic manipulation of prime editing 的研究论文。

该研究表明，先导编辑效率受到顺式染色质景观的强烈影响，并且特别受到活跃转录的促进。利用这一发现，研究团队进一步展示了通过CRISPR介导的转录激活（CRISPRa）来增强先导编辑效率，这种策略可能在基础研究和疾病治疗中都有用。

众所周知，传统的CRISPR-Cas9介导的基因组编辑受到染色质的强烈影响，这既通过核小体的空间效应，也通过表观遗传效应影响内源性DNA修复通路的平衡来实现。然而，由于先导编辑利用了一套不同的内源性DNA修复通路，与传统的CRISPR-Cas9介导的基因组编辑不同，研究团队推测先导编辑结果也会受到染色质的强烈影响。

在这项研究中，研究团队详尽地描述顺式染色质环境对先导编辑的影响，他们使用一种高度敏感的方法来绘制随机整合报告基因的基因组位置，发现了大量的位置效应，例如，对于相同的目标位点和编辑，编辑效率从∼0%到94%不等。染色质标记很好地预测了先导编辑效率的位置效应，例如，H3K79me2正向影响，而H3K9me3负向影响。

接下来，研究团队开发了一个多重干扰框架来评估反式作用因子与顺式染色质环境对先导编辑结果的相互作用。将这个框架应用于DNA修复因子，研究团队发现HLTF（解旋酶样转录因子）是先导编辑的上下文依赖性抑制因子。该研究还表明，活跃的转录延伸增强了先导编辑。基于这些发现，研究团队证实，可使用CRISPR介导的沉默（CRISPRoff）或激活（CRISPRa）来稳健地降低或提高先导编辑效率。

在K562细胞中，研究团队通过CRISPRa上调了6个基因的靶位点，观察到先导编辑效率平均提高了10.2倍，而在IL2RB基因座内的133个编辑类型和靶位点组合中，观察到先导编辑效率平均提高了4.1倍。此外，通过CRISPRa调节，所有先导编辑介导的编辑类型都得到了稳健的增强，例如，IL2RB中的6bp片段插入显示了平均10.0倍的增强。