Systematic optimization of prime editing for the efficient functional correction of CFTR F508del in human airway epithelial cells

上皮 气道 细胞生物学 素数(序理论) 化学 计算机科学 生物 生物化学 计算生物学 医学 遗传学 外科 数学 组合数学
作者
Alexander A. Sousa,Colin Hemez,Lei Lei,Soumba Traore,Katarina Kulhánková,Gregory A. Newby,Jordan L. Doman,K. Oye,Smriti Pandey,Philip H. Karp,Paul B. McCray,David R. Liu
出处
期刊:Nature Biomedical Engineering [Springer Nature]
被引量:16
标识
DOI:10.1038/s41551-024-01233-3
摘要

Abstract Prime editing (PE) enables precise and versatile genome editing without requiring double-stranded DNA breaks. Here we describe the systematic optimization of PE systems to efficiently correct human cystic fibrosis (CF) transmembrane conductance regulator ( CFTR ) F508del, a three-nucleotide deletion that is the predominant cause of CF. By combining six efficiency optimizations for PE—engineered PE guide RNAs, the PEmax architecture, the transient expression of a dominant-negative mismatch repair protein, strategic silent edits, PE6 variants and proximal ‘dead’ single-guide RNAs—we increased correction efficiencies for CFTR F508del from less than 0.5% in HEK293T cells to 58% in immortalized bronchial epithelial cells (a 140-fold improvement) and to 25% in patient-derived airway epithelial cells. The optimizations also resulted in minimal off-target editing, in edit-to-indel ratios 3.5-fold greater than those achieved by nuclease-mediated homology-directed repair, and in the functional restoration of CFTR ion channels to over 50% of wild-type levels (similar to those achieved via combination treatment with elexacaftor, tezacaftor and ivacaftor) in primary airway cells. Our findings support the feasibility of a durable one-time treatment for CF.

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