上海
撰文丨王聰
編輯丨王多魚
排版丨水成文
2019 年，劉如謙教授團隊在Nature期刊發(fā)表論文，開發(fā)了新一代基因編輯技術——先導編輯（Prime Editing，PE），能夠在無需 DNA 雙鏈斷裂或外源供體 DNA 的情況下，精確引入幾乎任何特定的 DNA 改變，包括堿基替換、缺失和片段插入。先導編輯利用逆轉(zhuǎn)錄酶（RT）和一種可編程的切口酶（例如 Cas9 切口酶），并由 pegRNA 引導，該 pegRNA 同時負責識別靶位點和期望的編輯內(nèi)容。當 Cas9 切口酶結(jié)合并切割 DNA 單鏈后，pegRNA 上的引物結(jié)合區(qū)（PBS）會與被切開的 DNA 鏈配對，從而啟動逆轉(zhuǎn)錄模板的逆轉(zhuǎn)錄，并將所需的編輯直接整合到基因組中。
如今，先導編輯已在基礎科學、農(nóng)業(yè)以及基因治療領域得到廣泛應用。例如，先導編輯在臨床試驗中精準修復了慢性肉芽腫病患者造血干細胞中 NCF1 基因的 2 個堿基缺失，使血液細胞中的 NADPH 氧化酶活性得以恢復，并帶來臨床獲益。幾乎所有先導編輯的應用都將受益于編輯效率更高的系統(tǒng)，這不僅能夠拓展新的應用方向，還能提升臨床療效，并增強基礎科學研究發(fā)現(xiàn)。
2026 年 5 月 20 日，劉如謙教授團隊在Nature Biotechnology期刊發(fā)表了題為：Directed evolution of small RNA-stabilizing motifs that improve prime-editing efficiency 的研究論文。
該研究開發(fā)了一個名為PE-PRISM的高通量篩選平臺，成功篩選并定向進化出來一批能夠高效保護 pegRNA 的 RNA基序，搭載這些全新 RNA 基序的先導編輯系統(tǒng)，基因編輯效率得到了大幅提升，并在體內(nèi)基因治療中大放異彩。
pegRNA不僅負責指導先導編輯器找到目標位點，還攜帶著編輯模板，其穩(wěn)定性對于先導編輯的高效運轉(zhuǎn)至關重要。面對細胞中充滿核酸酶的惡劣環(huán)境，裸露的 pegRNA 極易被降解，為了保護 pegRNA，研究人員在它的 3′ 端添加了一個 RNA 基序。但這一基序不僅體積大、合成困難，且保護效果已達瓶頸。
先導編輯（PE）系統(tǒng)的性能已通過對其蛋白質(zhì)和小 RNA 組分的系統(tǒng)性工程優(yōu)化得到提升，但附加在 pegRNA 3′ 端的 RNA 基序，尚未得到廣泛研究。
在這項最新研究中，研究團隊提出PE-PRISM，這是一種高通量混合篩選方法，用于在人類細胞中鑒定并優(yōu)化 pegRNA 3′ 端 RNA 基序。研究團隊利用 PE-PRISM 在四個迭代文庫中評估了 2858 種 RNA 基序，包括天然及工程改造的假結(jié)（Pseudoknot）、G-四鏈體和逆轉(zhuǎn)錄酶招募元件。
在篩選中，研究團隊發(fā)現(xiàn)了多個體積小巧、并能屏蔽細胞內(nèi)核酸酶攻擊的候選 RNA 基序。然后，研究團隊采用結(jié)構(gòu)導向的誘變和組合變異篩選對候選 RNA 基序進行定向進化，最終獲得了經(jīng)工程改造和進化優(yōu)化的假結(jié)變體tevo2.0、eHAV和eSBRMV1-A。在針對 847 個致病性 ClinVar 變異的篩選中，表現(xiàn)最佳的基序在超過 90% 的編輯事件中優(yōu)于廣泛使用的 tevopreQ1 基序。
研究團隊進一步驗證了這些基序在不同細胞類型以及遞送方式中的普遍性，包括使用體內(nèi)工程化病毒樣顆粒（eVLP）和脂質(zhì)納米顆粒（LNP） 遞送系統(tǒng)，提高了在人類原代細胞以及在小鼠大腦和肝臟糾正疾病相關基因突變的先導編輯效率。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41587-026-03123-2
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