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

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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 [Nature Portfolio]
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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