武汉大学殷昊团队开发了一种高效、快速且经济的方法制备高质量的化学修饰pegRNA和epegRNA

学术   2024-10-23 12:41   北京  
 



研究背景
      绝大多数致病性等位基因源自特定的DNA序列变异,包括插入、缺失和碱基替换,这些变异需要精确的基因编辑技术来纠正。先导编辑(Prime editing,PE)作为新一代基因编辑技术,无需双链断裂或供体DNA模板,即可在人类细胞中实现靶向的插入、缺失以及所有12种碱基转换及其组合的编辑,克服了CRISPR/Cas9系统和碱基编辑技术的局限。然而,先导编辑的应用受到编辑效率不高和递送系统限制的挑战。化学修饰的sgRNA因其稳定性提升,已被广泛应用于研究和被FDA批准的临床治疗。与之对应,化学修饰的pegRNA也被应用于先导编辑的RNP和RNA递送中,但其编辑效率仍远低于预期。高质量且化学修饰的pegRNA对于RNP和RNA递送至关重要,然而,pegRNA的序列长度过长(约125-145 nt),尤其是引入evopreQ1基序的epegRNA(约170-190 nt),不仅合成难度很高且成本昂贵,导致合成的质量差并且难以广泛使用。因此,如何高效制备高质量的修饰pegRNA成为先导编辑应用的关键挑战之一。
研究结果与展望

      武汉大学殷昊教授团队采用RNA连接技术,克服了化学合成RNA的长度限制。通过优化连接条件,成功制备了高产量、高纯度的化学修饰pegRNA和epegRNA(即L-pegRNA和L-epegRNA)(图1)。这种方法生成的L-epegRNA在多种细胞系及两种原代细胞中表现出显著的编辑效率。与通过IVT生成的epegRNA相比,L-epegRNA在RNA递送系统中的编辑效率提高了数百倍。此外,L-epegRNA大幅提升了RNP递送系统中的编辑效率。先前研究表明质粒递送PE能够实现很高效的基因编辑。然而,本研究发现,与质粒递送PE相比,L-epegRNA介导的RNP递送PE显示出更高的编辑效率。

图1. L-epegRNA连接示意图

      与此同时,本研究固相合成了全长的化学修饰pegRNA(S-pegRNA),并与通过连接策略生成的pegRNA进行了对比(图2)。结果表明,S-pegRNA和L-pegRNA在PE2和PE3编辑中表现相当,证明连接方法未损害RNA的生物学活性。L-epegRNA则表现出远高于S-pegRNA的效率,尤其在长片段插入中表现出显著优势。

图2. 连接pegRNA的编辑效率

      通过采用三段连接策略,研究者成功合成了210 nt和234 nt的化学修饰epegRNA,并在RNP和RNA递送系统中实现了高效的17 bp和40 bp插入。这些长度的epegRNA无法通过传统化学合成直接获得,这一突破展示了L-epegRNA在精准编辑领域的广泛应用前景。
      综上所述,本研究开发了一种高效、快速且经济的方法来制备高质量的化学修饰pegRNA和epegRNA(即L-pegRNA和L-epegRNA),不仅拓展了长链RNA的合成能力,还为先导编辑系统在治疗及其他领域的应用奠定了基础。
作者简介
      武汉大学医学研究院研究生雷薪霖(博)、黄安慧(硕)、陈迪迪(硕)和王雪镔(博)为该论文的共同第一作者,殷昊教授为独立通讯作者。殷昊课题组长期专注于基因编辑和核酸疗法,取得了系列原创性成果。

《自然-生物技术》Nature Biotechnology 

DOI: 10.1038/s41587-024-02394-x





Rapid generation of long, chemically modified pegRNAs for prime editing





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