武漢大學殷昊團隊開發(fā)新型基因編輯技術——擴增編輯
基因編輯能做到單個基因位點的精準編輯，但是缺乏高效精確的基因組結構編輯工具?；驍U增（基因重復）是指在生物體內復制DNA片段，形成重復序列。擴增范圍從幾個堿基對到包含整個染色體的部分區(qū)域?；驍U增在進化、遺傳性疾病和癌癥的發(fā)生發(fā)展中扮演重要角色，是一種染色體的結構變異。因此，開發(fā)一種高效且可編程的基因組編輯工具模擬基因擴增這一結構變異，有助于研究其功能和機制。
2024年6月26日，武漢大學醫(yī)學研究院/中南醫(yī)院醫(yī)學研究院/教育部免疫與代謝前沿科學中心/泰康生命醫(yī)學中心殷昊教授團隊在 Cell 期刊發(fā)表了題為：Amplification editing enables efficient and precise duplication of DNA from short sequence to megabase and chromosomal scale 的研究論文。
該研究開發(fā)了一種名為Amplification Editing（AE）的方法，以可編程的方式精確高效地復制從小片段到包含特定染色體大部分區(qū)域的基因組序列，是一種高效精確的基因組結構編輯工具，將精準復制的范圍從單個基因位點擴展到染色體層面。
AE進行基因擴增的模擬圖
首先，研究團隊在11個細胞系的多個位點進行了驗證。在AE復制長度和效率方面，當復制的DNA長度為20 bp至8 Kb時，AE可進行多次復制，形成串聯重復序列。當復制長度為1 Mb時，AE的編輯效率較高達73.0%；復制長度為100 Mb（接近染色體的平均長度）時，效率達到3.4%。通過原位熒光雜交、核型分析、全基因組測序等實驗，可以直接觀察到染色體區(qū)域的復制。在AE編輯的精準度方面，連接處的二代測序和全長的三代測序數據顯示，indels均低于1%。
其次，研究團隊利用AE精準修正了綠色熒光蛋白序列和實現miRNA的內源性過表達。同時，在髓性白血病細胞系K562中建立的α地中海貧血模型，并測試了AE的效果，實現了HBA基因的mRNA水平的提高和 α/γ-珠蛋白比例的上升。這些結果表明AE能夠恢復基因表達、擴增miRNA并增加模型細胞系中的α-珠蛋白的表達。
接下來，AE在人源和鼠源干細胞的多個位點均實現了高效精準的短片段和Mb級別編輯，模擬了染色體微重復疾病的基因型，并使用全基因組測序驗證了編輯的精準性。這表明AE能夠精準構建超大片段復制相關的疾病模型。
最后，研究團隊還對AE的機制進行了初步探究。在被抑制細胞周期的RPE-1細胞中，AE的效率降低。在小鼠原代神經元中，AE只可實現短片段的復制。這說明AE在Mb級別的復制依賴于細胞周期。
綜上所述，該研究開發(fā)了一種名為“Amplification Editing（AE）”的基因組編輯工具，可實現從短片段到染色體長度的精準復制。該工具的開發(fā)可促進基因組疾病模型的建立，推動基因進化和癌癥機制相關的研究。
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