Nature子刊：高彩霞团队开发不依赖CRISPR的模块化碱基编辑工具

中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞团队联合北京齐禾生科生物科技有限公司，在 Nature Biotechnology 期刊发表了题为：Strand-preferred base editing of organellar and nuclear genomes using CyDENT 的研究论文。

该研究开发了一种突破CRISPR限制的模块化结构的碱基编辑新系统——CyDENT。与此前的碱基编辑工具不同的是，这一系统在细胞核、线粒体和叶绿体中均实现了有效的胞嘧啶碱基编辑，提供了一种具有广泛基因组靶向能力且高精准的全新碱基编辑工具。

CyDENT系统包含TALE蛋白、FokI切口酶、单链特异性胞嘧啶脱氨酶、DNA外切酶及UGI等组分，并基于一套全新的工作模型：首先由TALE蛋白引导FokI切口酶至细胞核或者细胞器的DNA靶点处产生单链切口，之后由DNA外切酶从切口处对包含切口的DNA链进行部分外切消化，此时互补链将以单链DNA的形式呈现，成为单链特异性胞嘧啶脱氨酶的作用底物，并在UGI的帮助下最终完成胞嘧啶碱基编辑。由于能够发生脱氨的DNA链取决于切口产生的位置，该工作模型能够实现具有单链偏好性的碱基编辑，大大提高了编辑精准度。

研究人员分别选取了水稻原生质体细胞核、叶绿体以及HEK293T细胞系线粒体中的靶点进行了测试。结果显示，CyDENT均可以实现高效的胞嘧啶碱基编辑，其中在动物细胞线粒体中的编辑效率接近40%；更为重要的是，CyDENT系统介导了优于DdCBE的具有单链偏好性的线粒体碱基编辑。

此外，得益于CyDENT系统的模块化特性，研究人员还将该团队近期利用AI辅助挖掘得到的全新脱氨酶（详情：Cell：高彩霞团队利用AI技术开发出新型碱基编辑工具）与其进行结合，成功对处于不同序列背景（TC或GC）下的胞嘧啶进行了有效编辑，提升了碱基编辑的精准性和灵活性。通过将胞嘧啶脱氨酶更换为腺嘌呤脱氨酶，CyDENT还具有进行腺嘌呤碱基编辑的潜力。最后，通过全核基因组和全线粒体基因组脱靶分析表明了CyDENT具有良好的编辑特异性。

总的来说，具有完全自主知识产权的不依赖CRISPR的全新碱基编辑工具CyDENT首次集成了对细胞核和细胞器进行精准碱基编辑的能力。结合该团队前期挖掘的全新脱氨酶，进一步实现了CyDENT系统从核心组分到底层工作模型的全自主创新。CyDENT系统的开发再次升级了细胞核及细胞器的精准编辑策略，对于疾病治疗和农作物精准分子育种具有重要的潜在应用价值。