刘如谦「查找/替换」式基因编辑工具或可解决90%致病突变？业内人士：有应用限制

刘如谦参与创办的又一家公司正式露面。

近日，Prime Medicine 宣布完成 3.15 亿美元的融资，用于快速推进临床适应症、扩展平台的功能，以利用其独有的 prime editing 技术为患者带来终身性的治愈疗法。
本次融资包括 1.15 亿美元的 A 轮融资，以及 2 亿美元的 B 轮融资。投资者包括 ARCH Venture Partners、F-Prime Capital、GV（前谷歌风投）在内的多家机构。
（来源：公司官网）
根据官网显示，Prime Editing 可以在基因组中的精确位置 “查找 / 替换” 致病基因序列，但不会导致双链 DNA 的断裂。该公司声称，Prime Editing 能够解决 90% 以上的致病突变，可以用于原代人类细胞以及动物。
“查找 / 替换”DNA
2019 年 12 月，刘如谦实验室在 Nature 上发文，称开创了一种全新的基因编辑工具。
与刘如谦有过合作的投资者们迅速押注，ARCH Venture Partners、F-Prime Capital、GV 和 Newpath Partners 出资 1.15 亿美元，Prime Medicine 正式成立。
作为 Beam Therapeutics 的联合创始人，在成立 Prime Medicine 时，刘如谦就表示，这种合作安排能够最大限度地减少将编辑技术带给患者所需的时间和资源支出，同时还可以非竞争性地探索这两种技术，以最大限度地让患者受益。
Beam 确实和 Prime Medicine 在以合作伙伴的方式推进，根据该协议，Prime Medicine 授予了 Beam 在某些治疗领域使用 Prime Editing 的权利。Beam 也将所有的技术许可给了 Prime Medicine，例如药物递送、生产等。
Keith Gottesdiener 博士作为 Prime Medicine 首席执行官，在公司成立不到 1 年的时间里，又帮助吸引了 10 位新的投资者，并筹集了 2 亿美元。他曾在默克任职 16 年，并领导总部位于波士顿的生物制药公司 Rhythm Pharmaceuticals 成功 IPO。
Gottesdiener 表示，Prime Editing 类似于文字处理器，可以让科学家们 “查找和替换” DNA。
该系统需要一个 Prime Editor，包括逆转录酶与 Cas9 蛋白融合形成的复合物，以及两个 RNA 分子，分别是被称为 prime-editingguide RNA (pegRNA) 的指导 RNA（gRNA）和 sgRNA，前者不但携带着识别想要进行编辑的特定 DNA 序列的 RNA，还自带修改 DNA 序列的 “模板”，后者用于在 DNA 链上形成第二个切口，以提高编辑效率。
（来源：公司官网）
Cas9-逆转录酶复合物会在 pegRNA 的引导下，精准地切开一条 DNA 链，然后根据 “修改模板”，合成含有正确序列的 DNA。细胞内的 DNA 修复机制会自动把这段新合成的序列整合进基因组。
目前，该公司计划首先推进肝脏、眼睛和大脑疾病的项目，Gottesdiener 称 Prime Medicine 的目标是在年底前将其 50 人的员工人数增加一倍，“人体临床试验可能还需要几年的时间。”
除了与 Beam 合作外，Prime Medicine 也会开发、测试和商业化自己的药物，而不是将 Prime Editor 许可给其他制药商。Gottesdiener 也曾透露，Prime Medicine 最终可能会与其他专注于基因治疗交付的公司合作，以帮助将其治疗提供给患者。
靶向灵活，精度更高
目前，应用最广的基因编辑工具是 CRISPR/Cas9，这种方式通过造成双链 DNA 断裂，然后再利用同源重组等方式，在 DNA 修复的过程中对基因组序列进行编辑。且这种方式只有在被称作前间隔序列邻近基序 (protospacer adjacent motif, PAM) 的短片段 DNA 序列的存在下才成为可能。只有 DNA 靶位点附近存在 PAM 时，Cas9 才能进行准确切割。
单碱基基因编辑工具则不会切开 DNA 链，而是对单个碱基进行转换，例如将 A 变成 G，或是把 C 变成 T。但这种方式不适合大片段的基因编辑。
刘如谦也曾表示，当前的编辑工具的编辑效率更高，但 Prime Editor 的靶向灵活性和编辑精度更高。
首先，Prime Editor 不会受到 PAM 区域的限制；在精确度方面，当前的工具能够在编辑窗口 4-5bp 内编辑，大部分情况下，由于遗传密码的简并性，这种编辑并不会对目标基因编码的蛋白质引入额外的变化，但对于 Prime Editor 而言，其编辑完全由 pegRNA 中的 “修改模板” 指定，根本不会产生类似的编辑。
“相对于诸如锌指核酸酶、TALE 核酸酶或 Cas9 之类的核酸酶，会导致不可控的插入缺失，Prime Editor 也不需要双链断裂，由于这些原因，Prime Editor 是一种异常精确的基因组编辑技术”，刘如谦补充道，“Prime Editor 是目前唯一无需 DNA 双链切割或者单独 DNA 模板即可在人类细胞中进行编辑的技术。”
（来源：公司官网）
然而，全新的编辑工具成功开发的背后也是历经困难。
“最早和最大的挑战之一就是设计一种方式，能够在基因组中找到一个目标位点，可以生成我们确定的新的 DNA 链”，刘如谦讲道，“科学界对于 CRISPR/Cas9 和逆转录酶的知识使得我们成功开发了该编辑系统。”
除此之外，在哺乳动物中实现编辑也是一大挑战。最初，研究团队在酵母中进行了一组试验，但哺乳动物中根本不产生任何编辑。“在增强引物 - 模板复合物后，人类细胞中出现了第一个低水平但明确的编辑。”
业内人士：有应用限制
尽管 Prime Editor 的靶向性和精确度提高了，但它只能用于相当小的修改（< 100 个碱基对），因此并不代表较大插入或删除的替代工具。
要大规模的应用，可能还要关注其所需要的逆转录酶和未知基因和转录组的变化，瑞典卡罗林斯卡医学院副教授郑宗立表示。
针对基因编辑体内疗法，递送永远是绕不开的话题。
CRISPR/Cas9 加上 gRNA 通常包括大约 5000 个碱基对，单碱基编辑器加上 gRNA 和相关的调控序列大约有 6000 个碱基对，Prime Editor 加上 gRNA 和相关的调控序列则有大约 7000 个碱基对。
国内 mRNA 技术研发公司深信生物的创始人李林鲜博士告诉生辉，Prime Editor 在递送上会有更高的要求，尤其是对于 AAV 载体会带来新的挑战，但他也表示，用 LNP 递送会相对较好。
在论文中，刘如谦团队也声称原则上可以修复 75000 种已知致病性人类遗传变异的约 90%。
郑宗立告诉生辉，“理论上，ClinVar 数据库所覆盖的 90% 左右的基因变异序列可以被 Prime Eidtor 进行编辑更正，但具体位点在特定组织或细胞内的可及性会有差异。”
值得注意的是，刘如谦团队也在论文研究了这种工具的脱靶效应，结果显示，这种方式的脱靶可能性要小很多，但刘如谦也表示，这些结果并不意味着 Prime Editor 不会产生脱靶，还需要进一步的研究来支持。
参考资料：

  • https://www.fiercebiotech.com/biotech/prime-medicine-uncloaks-315m-to-push-search-and-replace-gene-editing-treatments

  • https://www.prnewswire.com/news-releases/prime-medicine-launches-with-315-million-financing-to-deliver-on-the-promise-of-prime-editing-301332085.html

  • https://www.bostonglobe.com/2021/07/13/business/startup-prime-medicines-emerges-with-315m-pioneer-new-type-gene-editing/

  • https://www.statnews.com/2019/11/06/questions-david-liu-crispr-prime-editing-answers/

  • https://sci-hub.se/https://doi.org/10.1038/s41586-019-1711-4

  • https://www.genoway.com/commentaries/prime-editing.htm

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