Search-and-replace genome editing without double-strand breaks or donor DNA

基因组编辑 横截 计算生物学 点突变 生物 清脆的 RNA编辑 DNA 遗传学 Cas9 引导RNA 人类基因组 基因组 计算机科学 突变 基因 核糖核酸
作者
Andrew V. Anzalone,Peyton B. Randolph,Jessie R. Davis,Alexander A. Sousa,Luke W. Koblan,Jay M. Levy,Peter J. Chen,Christopher G. Wilson,Gregory A. Newby,Aditya Raguram,David R. Liu
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:576 (7785): 149-157 被引量:2688
标识
DOI:10.1038/s41586-019-1711-4
摘要

Most genetic variants that contribute to disease1 are challenging to correct efficiently and without excess byproducts2-5. Here we describe prime editing, a versatile and precise genome editing method that directly writes new genetic information into a specified DNA site using a catalytically impaired Cas9 endonuclease fused to an engineered reverse transcriptase, programmed with a prime editing guide RNA (pegRNA) that both specifies the target site and encodes the desired edit. We performed more than 175 edits in human cells, including targeted insertions, deletions, and all 12 types of point mutation, without requiring double-strand breaks or donor DNA templates. We used prime editing in human cells to correct, efficiently and with few byproducts, the primary genetic causes of sickle cell disease (requiring a transversion in HBB) and Tay-Sachs disease (requiring a deletion in HEXA); to install a protective transversion in PRNP; and to insert various tags and epitopes precisely into target loci. Four human cell lines and primary post-mitotic mouse cortical neurons support prime editing with varying efficiencies. Prime editing shows higher or similar efficiency and fewer byproducts than homology-directed repair, has complementary strengths and weaknesses compared to base editing, and induces much lower off-target editing than Cas9 nuclease at known Cas9 off-target sites. Prime editing substantially expands the scope and capabilities of genome editing, and in principle could correct up to 89% of known genetic variants associated with human diseases.
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