Precise templated editing using endogenous DNA polymerases
该论文介绍了一种名为 THOR 的基于 CRISPR-Cas9 的技术，该技术利用带有 DNA 尾部的引导序列来招募内源性 DNA 聚合酶，从而在多种靶点和细胞模型中实现精确的、无需外源聚合酶的基因组编辑。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
人类基因组常被描述为一个庞大的指令库，由一种决定我们身体如何生长和运作的化学代码编写而成。有时，这段代码中的一个字母出错，就会导致疾病。多年来，科学家们一直在开发寻找并修复这些错误的工具，这一领域被称为基因组编辑。其中最著名的工具作用起来就像一把分子剪刀，在特定的位置切割 DNA。一旦完成切割，细胞自身的自然修复机制就会启动，将链条重新缝合在一起。然而，这种自然的修复过程通常是混乱的，会导致随机的缺失或插入，从而可能造成比收益更多的伤害。为了实现精确的修正，科学家以前必须引入专门的酶，将正确的模板直接复制到 DNA 上。这增加了复杂性，使得工具变得更庞大且更难递送到细胞内。研究人员的核心问题在于，细胞自身每天都用于复制和修复遗传物质的内部机制，是否可以在不需要额外外部酶的情况下，被引导去执行这项精确的编辑任务。
阿斯利康（AstraZeneca）及其合作机构的研究团队开发了一种名为 THOR 的新方法，其全称为“模板同源定向修复”（Template Homology-Oriented Repair），旨在回答这个问题。该方法并不依赖于外源酶来复制修正，而是使用一种经过修饰的引导分子，该分子在其末端携带了一段短的 DNA 片段。当引导分子找到基因组中的目标时，它会产生一个小切口或缺口。附着的 DNA 片段随后充当引物，邀请细胞自身的天然 DNA 聚合酶——即细胞已经拥有并用于正常维护的酶——进行结合，并将引导分子上的期望编辑内容复制到基因组上。研究人员证明，该系统在人类细胞中运行有效，能够在多个位置成功安装特定的遗传变化，而无需提供外部复制酶。这一发现表明，如果给予正确的起始点，细胞内部的修复工具足以执行高精度的编辑。
团队通过将这种新的 THOR 系统与依赖逆转录酶（一种将 RNA 复制为 DNA 的酶）的现有方法进行对比，测试了这一概念。在实验中，他们使用了实验室培养的人类细胞，并针对了包括与镰状细胞病相关的基因在内的多个不同基因。他们发现，使用细胞自身 DNA 聚合酶的 THOR 系统能够以媲美现有最佳工具的准确度安装精确编辑。至关重要的是，由于该系统不需要复杂的外部酶，引导分子的制造和包装也更加简单。研究人员还观察到，该方法避免了其他系统中出现的一种特定类型的意外副产物，即引导分子的部分片段会被意外地复制到基因组中。通过在引导分子上使用 DNA 尾部，该系统确保了细胞的自然酶在到达指令末端时停止复制，从而防止了这些错误。
进一步的研究揭示了该系统在不同条件下以及不同类型细胞中的表现。研究人员在对治疗血液疾病至关重要的造血干细胞中测试了该方法，发现该技术表现良好，尤其是在编辑发生前刺激细胞生长时。他们还探索了添加化学抑制剂是否可以通过阻断细胞的混乱修复途径来提高编辑质量。他们发现，阻断某些修复酶会增加精确编辑的比例，使结果更加纯净。然而，他们也发现，该系统不像其他工具那样受限于细胞内构建模块的可用性，这表明它在不同的细胞环境中都具有鲁棒性。团队还测试了使用脂质纳米颗粒（用于将遗传物质运送进细胞的小脂肪泡）来递送该系统，并确认即使不是直接注入细胞，该方法仍然有效，尽管效率略低于直接注射。
虽然这种新方法展现出了巨大的潜力，但研究人员指出，它并不能在所有情况下都完美地取代现有的所有工具。在基因组内的某些特定位置，该系统的效率低于其他方法，且性能取决于所进行的编辑类型。研究表明，该方法的成功高度依赖于引导分子的特定设计以及引导分子与细胞自然酶之间的相互作用。研究人员还指出，可以改进引导分子的稳定性，以使系统更加有效。总的来说，这项工作建立了一条利用细胞自身生物学特性而非与其对抗的精确基因组编辑新路径。通过证明内源性 DNA 聚合酶可以被引导执行精确的模板化编辑，这项研究为开发更简单、更通用的纠正遗传错误的工具开辟了大门，未来可能使这些疗法的开发和交付变得更加容易。
您所在领域的论文太多了？
获取与您研究关键词匹配的最新论文每日摘要——附技术摘要，使用您的语言。