Prime editing（先导编辑，PE）是新一代基于CRISPR的精准基因编辑工具【1,2】。它具有高可编程和特异性，在基础研究以及临床治疗中有广泛运用。然而，相较于前几代基因编辑方法（比如：Cas9和base editing），PE的效率仍然很低，而且不同编辑位点有很大差异。目前，调控PE效率的因素主要有四个，它们分别是1）prime editor 复合体的表达量和稳定性；2）编辑位点和突变的序列；3）trans-acting factors，比如DNA修复蛋白；4）编辑位点的染色质和表观遗传环境。此前，影响PE的前三个因素已被深入研究，与之相关的新方法被证明可以有效提高编辑效率【3-11】。然而，表观遗传对于PE的影响还没有被破解。
2024年4月11日，华盛顿大学, HHMIJay Shendure团队在Cell杂志上发表了题为Chromatin context-dependent regulation and epigenetic manipulation of prime editing的研究。该研究通过建立新的分子生物学方法，阐述了影响PE效率的表观遗传因子，并且开发出基于表观遗传“编辑”从而有效操纵PE效率的新方法。
首先，为了探究PE在不同染色质环境的工作效率，作者建立了一个T7-assisted reporter mapping assay，这个方法可以高效地定位所有随机插入基因组的PE reporter （synHEK3） 。通过比较4000多个位点的编辑效率，作者发现PE效率与H3K79me2正相关，而且可以被表观遗传特性有效预测。通过深入分析，发现转录延伸是高效PE的决定因素。
其次，为了研究chromatin context-dependent regulation，即表观遗传环境 （cis-chromatin environment） 和反式作用因子的相互作用，作者开发了一种基于单细胞测序 (sci-RNA-seq3)【12,13】的技术。通过将该技术运用在PE和pooled genetic screen中，作者可以将细胞受到的遗传干扰和不同染色质环境中的PE响应联系起来，进而发现chromatin context-dependent regulator – HLTF。
最后，作者试图利用操纵编辑位点周围的表观遗传环境来改变编辑效率。通过CRISPRoff【14】降低编辑基因的转录，PE效率能够被显著降低，证明了PE编辑效率和转录的紧密联系。反之，通过CRISPR activation对编辑基因启动子的预激活，PE效率可以被大幅提升。例如，对于基因CREB3L3，一个效率仅为5%的epegRNA在激活基因表达后，可以被提升到66% （16.5x） 。作者还证明了此方法对多种细胞环境 （K562，iPSCs） ，所有突变类型都有很好的提升效果。
此工作建立了一系列新的、可以用来研究chromatin context-dependent regulation的分子生物学方法。当运用在基因编辑中，作者发现了调控PE效率的重要因子。这些方法对研究其他chromatin-associated processes都会有广泛意义。
该文章的通讯作者为Jay Shendure。该文章的第一作者以及共同通讯作者为华盛顿大学博士后李晓弈。
参考文献
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14. Nuñez, J. K. et al. Genome-wide programmable transcriptional memory by CRISPR-based epigenome editing. Cell 184, 2503-2519.e17 (2021).
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00311-8
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