通过改变活细胞内的DNA序列来编辑基因组的能力，对于研究来说是强大的，并为疾病的治疗带来了巨大的希望。然而，现有的基因组编辑技术经常会导致不必要的突变，或者根本无法带来任何改变。这些问题使该领域无法充分发挥其潜力。
由普林斯顿大学的布里特·亚当森领导的研究人员发现了一种新工具，可以改进CRISPR-Cas9基因编辑方法。他们称它为Repair-seq，在这里代表一个放大镜。Repair-seq使研究人员能够快速了解修复DNA损伤(救护车)的不同基因如何影响基因组编辑技术的准确性和效率。
由凯特琳·塞德维克为普林斯顿大学分子生物学系拍摄现在，普林斯顿大学布里特•亚当森(Britt Adamson)的实验室与麻省理工学院(MIT)的乔纳森•韦斯曼(Jonathan Weissman)和Editas Medicine领导的合作者共同进行了一项研究，详细介绍了一种名为Repair-seq的新方法，该方法揭示了基因组编辑工具的工作原理。
“我们早就知道，修复受损DNA的机制对基因组编辑至关重要，因为要改变DNA的序列，你首先必须破坏它，”该研究的资深作者、普林斯顿大学分子生物学助理教授亚当森说。“但这些过程极其复杂，因此往往很难理清。”
为了修复DNA，细胞使用许多不同的机制，每一种机制都涉及多个基因以不同的途径共同工作。repair -seq允许研究人员通过分析当一个因素被移除时观察到的突变是如何改变的，从而探测每一种途径对DNA修复的贡献，并同时对数百个基因进行这种操作。
这让科学家们可以提出DNA修复生物学的基本问题，并研究DNA修复机制如何影响基因组编辑技术。亚当森和他的同事首先将他们的方法应用于最常用的一种基因组编辑方法，这种方法使用细菌Cas9核酸酶来切断双链DNA分子的两条链，从而产生称为双链断裂的损伤。
摄影:sameer A. Khan/Fotobuddy
“长期以来，使用双链断裂进行编辑一直是基因组编辑的主要手段，但在不产生不必要突变的情况下进行有意的修改一直是一个巨大的挑战。我们开始尽可能多地了解这些突变事件背后的机制，认为这可以帮助我们优化系统，”亚当森说。
在第一作者杰夫·胡斯曼(Jeff Hussmann)的领导下，乔纳森·韦斯曼(Jonathan Weissman)实验室的博士后研究员，该团队使用repair -seq的数据来绘制不同的DNA修复路径如何与特定类型的cas9诱导突变相关联。
Hussmann的分析发现了已经知道的途径，以及涉及双链断裂修复的新途径。它也强调了巨大的复杂性和无数系统涉及双股断裂修复。
这项工作中挖掘出的深层数据现在被发布在一个在线门户网站上，其他人可以使用它来询问DNA修复途径或蛋白质。
巧合的是，在这些初步研究完成的同时，由麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所(Broad Institute of MIT)的大卫·刘(David Liu)领导的一个团队正在开发一种名为“启动编辑”(prime editing)的基因组编辑系统，它不依赖于创造双链断裂。素数编辑通常成功率较低，但Adamson和Hussmann认为，研究参与素数编辑的DNA修复途径可能有助于确定改进的途径，因此他们与Liu合作，使用repair -seq对素数编辑进行研究。
“一起工作是一个巨大的利益，”亚当森说。“对我们来说，这是一次奇妙的合作和团队导向的科学体验。”
这些合作的研究人员发现，通过启动编辑获得预期编辑的能力受到一种修复途径中的蛋白质的影响:DNA错配修复途径。然后，他们表明，抑制或回避这一途径显著提高了启动编辑结果的效率和准确性，使启动编辑成为一种卓越的基因组编辑技术。
重要的是，这项工作也证明了Repair-seq可以用来改进其他基因组编辑技术。
为了进一步证明Repair-seq的实用性，合作的研究人员还将其应用于第三种基因组编辑系统技术，也是由刘开发的。这项研究的结果最近发表在《自然生物技术》杂志上。
“Repair-seq是技术智慧和生物学洞察力的完美结合，”布罗德研究所(Broad Institute)基因扰动项目的研发主管约翰·多恩奇(John Doench)说，他没有参与这项工作。
“至于主要剪辑工作，这是多么好的合作范例啊!”Prime编辑经常被证明是很难工作的，这篇论文开始理解为什么，同时也启动了新的解决方案，”他补充道。
“我们认为Repair-seq是一种工具，它可以让你详细了解编辑器正在做什么，然后非常快速地评估，‘在这种情况下，我可以通过设计原则来帮助改进工具吗?”亚当森说。“我们真的很高兴能够改进Repair-seq，并探索其未来的应用。”
“映射的遗传景观DNA双链断裂修复,”杰弗里·a·Hussmann,佳凌,Purnima Ravisankar,小君,安奇林乔内,阿尔伯特·徐,丹尼·辛普森,滇杨,安妮削,塞西莉亚Cotta-Ramusino,乔纳森·s·斯曼和布瑞特·亚当森发表在10月20日出版的《细胞(DOI: 10.1016 / j.cell.2021.10.002)。本研究由美国国立卫生研究院资助，资助编号为1RM1HG009490 (J.S.W.)、1R35GM138167-01 (B.S.A.)、5P30CA072720-22 (B.S.A.)和T32HG003284(普林斯顿QCB培训基金)。B.S.A.由塞尔学者计划资助。
“通过识别和操纵编辑结果的细胞决定因素来增强prime编辑系统，”由彼得·j·陈,杰弗里·a·Hussmann,小君,弗雷德里克•Knipping Purnima Ravisankar,《陈,陈Cidi,詹姆斯·w·纳尔逊·格雷戈里·a·纽比穆斯塔法,乔纳森·s·斯曼马克·j·奥斯本布瑞特·亚当森和大卫·r·刘,发表在10月14日出版的《细胞(DOI: 10.1016 / j.cell.2021.09.018)。除上述资料来源外，本研究还得到了Merkin医疗改革技术研究所、美国国立卫生研究院U01AI142756和R01EB031172、卢卢基金会、比尔和梅林达·盖茨基金会的支持。
