自2024年首次发布这种新的基因编辑技术以来，Prime Editing（PE）发展迅速，人们期待其精准和高效的应用越来越多。 在2024年发表的第一份报告中，Prime Medicine的Andrew Anzalone和D**Id Liu报告说，他们已经开发出下一代基因编辑系统，该系统将使先导编辑朝着基因编辑的最终目标迈进：基因**。
试点编辑原则。
CRISPR Cas9系统由gRNA（pegRNA）和Cas9酶与逆转录酶融合而成，是先导编辑机制的重要组成部分。 当Cas9酶的两个核酸酶结构域之一受到抑制时，它就变成了一种“切口酶”，只能切割一条DNA链。 因此，一旦 gRNA 与目标 DNA 序列结合，Cas9 切口酶就会切割 DNA 的单链以形成一个开口。
以gRNA的另一端为模板;它的一部分补充了DNA的开放，另一部分经历了所需的基因编辑。 裂解与匹配位点结合，并通过添加逆转录酶进行修复。 编辑后的开口被重新整合到 DNA 中，并在互补链上的第二个缺口的帮助下，在 DNA 修复机制下被修复以匹配另一条链。
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Twin Prime：下一代 Twin Prime 编辑器。
最初的主编专注于实现相对较小的点突变，然后从单个碱基到插入和删除数十个碱基对长度的替换，但现在它无法修复导致遗传疾病的更长的序列编辑或结构变异。 针对这种情况，Anzalone、Liu和他们的同事提出了双飞行员编辑。 这个概念是以数学中的孪生素数猜想命名的，就像有无限多的素数一样，也有无限多的孪生素数，比如17和19，它们是只相隔两个的素数。 对于双导联编辑，Anzalone和Liu使用了两种gRNA。 通过在两者之间创建两个重叠的碱基序列，他们可以通过让一个pegRNA编辑前半部分和另一个编辑后半部分来编辑更大的DN**片段。
然而，双导联编辑仍然难以插入具有 100 多个碱基对的 DNA 序列。 为了克服这一限制，研究小组增加了一个额外的元素：位点特异性重组酶。 在自然界中，这些酶识别并结合DNA中的特定位点，切割链并重新排列大片段，然后将链重新连接在一起。 它们在基因组编辑中的应用有利于优化插入基因的双导联编辑能力。 埃迪·吉恩。
他们决定使用双引物来添加酶的识别位点，然后整合供体DNA序列的一部分。 Prime Medicine使用这种大型双导联编辑技术，提前使用位点特异性整合酶进行基因编辑。 “它有可能实现基因大小的整合，”Anzalone说。 这套主要编辑器可以处理小型、中型和大型 DNA 序列的编辑。 我们的下一个目标是找出如何使用这些工具来开发新基因**。
先导化合物编辑在基因中的应用**。
除了纠正由点突变引起的相关遗传疾病外，我们还在探索由重复扩张引起的疾病，如亨廷顿舞蹈症和弗里德赖希共济失调，我们相信我们可以消除这些致病性重复，并可能对患者群体产生影响，Anzalone说，并补充说，先导编辑可用于产生有效的抗肿瘤CAR-T细胞。 www.edgene.cn
根据 Fyodor Urnov 的说法，Prime Medicine 最紧迫的任务是尽快将他们的技术带给患者。 他希望看到Anzalone和他的团队将技术开发到完美，而不是将其转化为可以加快患者开发的技术。 在临床医学领域，可以优化一项技术的效力和安全性，直到它做好临床准备，这种想法并不成立。 如果能够满足监管标准并且对患者透明，就足够了。
Anzalone希望Prime Medicine能够实现这两个目标，并设想未来大规模采用先导编辑技术，一种方法是“进军染色体”，从根本上解决患者群体中更常见的基因突变之一，然后是更多的遗传疾病，这样就有希望找到一个合法的监管解决方案，不需要为每个新的pegRNA重新设计。 另一种方法是开发“长编辑序列”系统，该系统可以修复患者群体中可能发现的特定外显子中的所有突变，因此单一药物可以导致许多患者，而不仅仅是一个患者。
但新技术的优先事项和策略呈现出两难境地：首先选择哪种疾病进行研究谁先开始了这项研究？这些问题很难简单地回答。 “早期生物技术的最大困难是弄清楚你应该做多少这些事情，”Anzalone说。
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.