主键

利用双主键编辑对大型 DNA 序列进行可编程删除、替换、整合和反转

与疾病相关的人类遗传变异范围从单碱基对替换到兆碱基重复、缺失和重排 1-3 。可以在人类细胞中安装、纠正或补充这些致病变异的基因编辑方法有可能促进对遗传疾病的了解，也可能实现新的治疗方法 4、5。过去十年来，已经开发出几种基于 CRISPR-Cas 系统的哺乳动物细胞基因编辑方法 6，包括核酸酶 7-9 、碱基编辑器 10、11 和主要编辑器 12 ，每种方法都有可能解决一组已知的致病序列变化。CRISPR-Cas 核酸酶（如 Cas9）可用于通过创建导致不受控制的插入/缺失混合的 DSB 来破坏基因。此外，配对的 Cas9 核酸酶策略可以介导长度从约 50 到 > 100,000 个碱基对的基因组 DNA 序列的靶向删除 13 。通过提供线性供体 DNA 序列，可以通过末端连接或同源性定向修复 (HDR) 过程在单个切割位点或成对切割位点之间定向插入新的 DNA 序列 14, 15。单核酸酶和成对核酸酶编辑方法虽然用途广泛，但它们也存在相当大的缺点。DNA 供体敲入伴随着高效的 indel 副产物 16，因为在大多数细胞类型中，HDR 与末端连接过程相比通常效率低下 17, 18。使用成对核酸酶进行靶向删除会产生多种副产物 13, 19，而且缺失的精确位置受到 PAM 可用性的限制。此外，在靶位或脱靶位点的 DSB 可促进大面积缺失 20-22、染色体异常 23、24 和染色体碎裂 25。 DSB 倾向于生成不良副产物和染色体改变的复杂混合物 26 - 28，这在应用基于核酸酶的编辑来操作较大的 DNA 序列时带来了相当大的挑战，特别是在治疗环境中。