“Prime Editor（PE）”是一类新型的基因编辑工具，该技术无需依赖于双链DNA断裂或外源供体DNA模板，即可介导基因组修饰。通过prime editing guide RNA中本身存在的“模板”序列，从而实现精确的单碱基替换或小规模的插入/缺失突变。为了探究该工具在成年小鼠中的基因编辑能力，来自麻省大学医学院的Wen Xue团队进行了深入研究。相关结果发表在最近的《Nature Communications》杂志上。

（图片来源：www.nature.com）

此前研究发现，Cas9元件中细胞核定位信号（NLS）序列的组成和数量会影响其基因编辑效率，原始的二代PE（PE2）包含两个NLS序列，转染以及细胞定位染色成像结果显示，约60％的蛋白质存在于U2OS细胞的细胞核中，约85％的蛋白质存在于HeLa细胞的细胞核中。在此基础上，作者在C末端添加N端c-Myc NLS序列，同时保留SV40 NLS序列，结果显示：改造后的PE2能够完全定位于细胞核内，作者将其命名为PE2*。此外，作者还对PE2*的主要框架进行了改造，使其能够识别更加广泛的PAM序列。

（图1，NLS序列改造提升PE2*基因编辑效率）

为了研究改造后的PE2*能否提高其基因编辑效率。作者比较了HEK293T mCherry报告系统在分别转染了PE2和PE2 *之后的核苷酸转化比例。转染后3天，作者通过流式细胞术量化PE2以及PE2*的编辑效率。结果显示与PE2（9.2％至16.5％）相比，PE2 *的编辑效率提高了1.5-1.6倍（14.3％至26.4％）。在另外一个相似的报告系统中，PE2*的基因编辑效率比PE2提高了1.6-1.9倍。

（升级版PE2*具有更强的体内基因编辑能力）

在此基础上，作者研究了升级版的PE2*在矫正遗传性疾病方面的作用。对此，作者使用了一个单基因突变的疾病模型进行验证。Alpha-1抗胰蛋白酶缺乏症（AATD）是由Serpin肽酶抑制剂家族A成员1（SERPINA1）基因突变引起的遗传性疾病。SERPINA1（PiZ等位基因）中的E342K突变（G到A）是最常见的突变，该突变会导致严重的肺脏和肝脏疾病。细胞培养实验证明， PE2 *的碱基矫正比例为6.4–15.8％，而PE2仅为1.9–9.9％。总的来说，PE2*相比PE2的基因矫正能力提高了1.6到3.4倍。最后，作者还证明了该升级版的PE2*在活体中的基因编辑能力。结果显示，PE2*能够更加高效地改变小鼠中CTNNB1 (β-catenin) 的S45F突变（C-T），从而提高肿瘤发生的水平。而利用AAV传递，则可以起到纠正小鼠肝脏中致命性突变（SERPINA1蛋白E342K突变）的作用。

综上，作者报告了一种基于NLS优化的PE编辑工具，该编辑器可提高荧光报告细胞和培养细胞系中内源性基因座的基因组编辑效率。使用这种基因组修饰系统，还可以通过靶向成年小鼠体细胞编辑来诱导肿瘤的形成或者通过AAV载体递送治疗肝脏相关致病基因。该发现进一步证实了该基因组编辑技术在体内对疾病建模和治疗具有重要意义。

原始出处：Liu, P., Liang, SQ., Zheng, C. et al. Improved prime editors enable pathogenic allele correction and cancer modelling in adult mice. Nat Commun 12, 2121 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-22295-w