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Science子刊:新型碱基编辑器A3G-BE可将基因编辑准确度提高高达6000倍

来源:本站原创 2020-07-24 12:01

2020年7月24日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中,来自中国科学院大学、中国农业科学院和美国莱斯大学的研究人员发现一种可以大幅提升基因编辑准确性的技术。与目前被认为是最先进的碱基编辑器BE4max相比,他们推出的基因编辑工具可在疾病序列模型中将基于CRISPR的编辑准确度提高高达6000倍。相关研究结果发表在2020年7月15日的Science Advances期刊上,论文标题为“Single C-to-T substitution using engineered APOBEC3G-nCas9 base editors with minimum genome- and transcriptome-wide off-target effects”。论文通讯作者为中国农业科学院农业基因组研究所的左二伟(Erwei Zuo)博士和莱斯大学生物分子工程师Xue Sherry Gao博士。
图片来自Science Advances, 2020, doi:10.1126/sciadv.aba1773。

胞嘧啶碱基编辑器能够将人类基因组中的胞嘧啶(C)转化为胸腺嘧啶(T)。人类基因组由30亿个碱基组成。碱基对C-G和A-T编码着DNA中的遗传信息。人类基因组中哪怕存在一个错误的碱基---突变---都可能会导致遗传病。

Gao说,“T→C突变称为单核苷酸多态性,导致大约38%的人类致病性疾病。胞嘧啶碱基编辑器通过将C突变逆转为T,从而为潜在治疗这些疾病提供了巨大的希望。”

她说,“然而,当有一个'旁观者'碱基C位于靶碱基C的上游时,以前的技术无法区分这两个C,因而将这两者都会转变为T。我们真地只想将疾病相关的C校正为T,而不修改旁观者C。”

Gao说,“这为这个研究项目提供了动力。我们想要设计一种新的胞嘧啶碱基编辑器,以便可以精确地编辑单个靶碱基C,同时当将连续的两个碱基‘CC’定位到编辑窗口时,最大限度地减少不必要的碱基C编辑。”

这些研究人员试图通过一系列的蛋白工程实验来开发一种新型的碱基编辑器。这种新的胞嘧啶碱基编辑器称为A3G-BE,通过仅编辑连续碱基C中的第二个C,大大提高了编辑精度。

为了在疾病相关的背景下“进行测试”,这些研究人员使用他们的工具来修改人类细胞,以构建囊性纤维化和其他几种疾病模型的细胞系。他们在精确地构建所需的致病性C→T突变方面都取得显著的成功,尤其是在构建囊性纤维化细胞系方面,A3G-BE的三种变体都完美地修饰了50%以上的细胞,而对BE4max而言,这一数字只有0.6%。

这些研究人员还测试了这些新的A3G-BE在疾病治疗应用中校正突变的潜力,包括囊性纤维化、全羧化酶合成酶缺乏症(holocarboxylase synthetase deficiency)和热异形细胞增多症(pyropoikilocytosis,一种贫血)。

在含有致病突变的细胞模型实验中,A3G-BE的表现明显优于BE4max。在全羧化酶合成酶缺乏症中,A3G-BE完美校正了50%以上序列中的靶碱基C,校正率比BE4max高6496倍。

Gao说,“我们还发现了540个人类致病性单核苷酸多态性,这些多态性可以通过我们的A3G-BE精确地校正。A3G-BE似乎还可以在DNA和RNA水平上减少脱靶编辑(对基因组其他部分的不需要的编辑,可能引入突变)。减少脱靶编辑(off-target edit)一直是CRISPR研究的首要目标。”

她说,“人类有30亿个碱基对。我相信这项技术的精确编辑程度将对治疗遗传病做出重大贡献。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

1.Sangsin Lee et al. Single C-to-T substitution using engineered APOBEC3G-nCas9 base editors with minimum genome- and transcriptome-wide off-target effects.Science Advances, 2020, doi:10.1126/sciadv.aba1773.

2.'Bystander' cytosines meet their match in gene-editing technique
https://phys.org/news/2020-07-bystander-cytosines-gene-editing-technique.html


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