8月17日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、神经科学国家重点实验室、上海脑科学与类脑研究中心研究员杨辉研究组在protein cell上发表了题为precise genome editing without exogenous donor dna via retron editing system in human cells 的研究论文，该研究优化了retron系统，首次证明了retron系统在哺乳动物细胞中的可适用性，对于该系统在高等真核生物细胞中的进一步应用具有指导意义。
细菌在与噬菌体的长期博弈中发展出许多防御体系，其中就包括crispr系统。crispr-cas系统的出现推动了精准基因组编辑的发展。crispr-cas9引起的dna双链断裂（dsb）主要由非同源末端连接途径 （nhej）而不是同源重组修复途径（hdr）介导修复。研究发现，使用单链dna作为模板、提高cas9诱导的dsb位点附近的模板dna浓度，可以有效提高hdr效率。近来发现retron系统也在细菌防御噬菌体中发挥重要作用。2018年，美国斯坦福大学研究人员开发的crispey将retron系统与cripsr系统结合，通过retron系统在细胞内逆转录产生单链供体模板dna，并将其与sgrna共价偶联。在酵母细胞中，crispey可以在酵母细胞中高效精确地（>80%编辑效率）敲入长达700bp的dna序列。但是，retron系统在哺乳动物细胞是否可以工作尚未研究。
杨辉研究组通过将四种已被报道具有功能的retron系统（ec48、ec73、ec86和ec107）在哺乳动物细胞内的表达，证明了细菌retron系统能在哺乳动物细胞中逆转录产生单链dna。通过将retron rt融合于cas9蛋白的n端或c端 (rt-cas9 or cas9-rt)，以及将retron ncrna连接于sgrna的5’端或3’端（5’rgrna or 3’rgrna），研究发现cas9-ec73rt和3’ ec73 rgrna的组合能最有效地在哺乳动物细胞内完成精准dna编辑（~10%编辑效率）。该研究初步探索了retron editing在哺乳动物细胞中的应用, 验证了retron editing用于哺乳动物细胞精准基因编辑的可行性。
相较于目前常用的dna单碱基编辑及prime editing，依赖hdr机制的retron editing受到pam位置的限制相对较小，并且retron editing系统不需要额外提供外源供体模板dna。此外，目前在植物细胞中由于hdr效率低及外源同源重组供体模板dna递送困难等原因造成基因 (尤其是长片段) 敲入的效率较低，不需要提供外源供体模板dna的retron editing系统可能为植物基因组编辑提供新选择。未来，经过优化升级工作，retron editing系统有望应用于脑疾病治疗及作物性状改良等领域。
retron editing工作示意图及其与dna碱基编辑器、prime editing的比较
研究团队单位：脑科学与智能技术卓越创新中心
