2019年，David Liu教授的實驗室開發出了先導編輯技術（Prime Editing），這一技術對基因進行的編輯處理類似於用文字處理器修改拼寫錯誤，透過“搜尋”來插入、替換或刪除目標DNA序列。但對於長度超過100個鹼基對的序列，先導編輯的效率並不高。
12月9日，在Nature Biotechnology上發表的一項最新研究中，David Liu教授領導的研究團隊在先導編輯技術的基礎上開發了一種雙重先導編輯技術（twinPE），透過在兩個鄰近位點分別進行先導編輯，可以實現更長的DNA序列的插入，而且這種編輯產生有害副產物極少。TwinPE有望作為一種更安全、靶向更精準的基因編輯技術為一些需要更長基因插入的遺傳病治療帶來希望。
此次開發的twinPE的結構中包含一個編輯器蛋白和兩個指導RNA（pegRNA），兩個pegRNA都指導編輯蛋白在基因組中不同目標位點的DNA中切割單鏈。然後DNA修復系統會合成兩條新的互補DNA鏈，在兩個切口之間包含所需的序列。使用twinPE能夠插入、替換或刪除約800個鹼基對的DNA序列。
此外，twinPE依然保有著初代先導編輯系統的優點：不會切斷DNA雙鏈。經典的CRIPSR基因編輯系統的編輯過程就會切斷DNA雙鏈，這可能會導致編輯結果不佳或產生染色體異常。
TwinPE和其介導的DNA序列替換（來源：Nature Biotechnology）
為了能編輯插入更長的序列，研究人員將twinPE與位點特異性整合酶結合起來，這種酶能催化基因組中特定位點DNA的整合。編輯DNA時先用整合酶處理細胞，再將一段較長的DNA片段引入。如此可以實現長度為數千個鹼基對的DNA序列的插入。
TwinPE和Bxb1整合酶介導的位點特異性基因組整合（來源：Nature Biotechnology）
研究人員在罕見遺傳病亨特綜合徵患者的細胞中進行了相關基因的編輯，亨特綜合徵是由長度為40000個鹼基對的DNA片段發生倒置引起的。編輯結果表明twinPE和整合酶糾正了致病的約39 kb的DNA倒置，證明了twinPE的治療潛力。
在人類細胞中使用twinPE和Bxb1重組酶進行位點特異性長DNA序列的反轉（來源：Nature Biotechnology）
目前，研究團隊正在測試不同整合酶對twinPE編輯效率的提高作用，並評估twinPE插入更長基因序列的能力。
David Liu教授表示：“這項研究可能標誌著新一代基因治療策略的開始，正如CRISPR核酸酶、鹼基編輯器和先導編輯代表著新一代基因編輯技術的起點。”
參考資料
：
［1］ Anzalone， A。V。， Gao， X。D。， Podracky， C。J。 et al。 Programmable deletion， replacement， integration and inversion of large DNA sequences with twin prime editing。 Nature Biotechnology （2021）
［2］ New prime editing system inserts entire genes in human cells（來源：Broad研究所）
