單堿基編輯技術(shù)以其高效和精確的基因編輯能力，成為目前最有希望治愈各種遺傳疾病的明星工具。但由于Cas9蛋白本身存在的Cas9依賴(lài)性脫靶一直無(wú)法解決，人們依然對(duì)其臨床應(yīng)用的安全性表示擔(dān)憂(yōu)。近日，五邑大學(xué)生物科技與大健康學(xué)院張焜教授、廣東省醫(yī)學(xué)大動(dòng)物模型重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室賴(lài)良學(xué)研究員和鄒慶劍副教授團(tuán)隊(duì)合作，以五邑大學(xué)為第一單位在MolecularTherapy（IF：11.45）在線(xiàn)發(fā)表了題為“Eliminating predictable DNA off-target effects of cytosine base editor by using dual guiders including sgRNA and TALE”的研究論文，成功構(gòu)建了新型安全高效的單堿基基因編輯系統(tǒng)。
該論文首次將胞苷脫氨酶與轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)子（TALE）融合，并結(jié)合gRNA/nCas9，開(kāi)發(fā)了一種名為TaC9-CBE的新型堿基編輯系統(tǒng)。該系統(tǒng)僅在TALE和Cas9共同靶位點(diǎn)進(jìn)行高效編輯，而在脫靶位點(diǎn)沒(méi)有編輯作用。gRNA/nCas9復(fù)合物在gRNA引導(dǎo)下結(jié)合到目標(biāo)DNA位點(diǎn)，打開(kāi)雙鏈并切割靶向DNA單鏈。同時(shí)，TALE-腺苷脫氨酶融合蛋白也結(jié)合到靶位點(diǎn)，脫氨酶對(duì)單鏈DNA進(jìn)行編輯，實(shí)現(xiàn)靶位點(diǎn)的C到T突變。而在脫靶位點(diǎn)，由于gRNA/nCas9復(fù)合物不形成DSB，也沒(méi)有脫氨酶組分，不會(huì)進(jìn)行基因編輯；同理，TALE-胞苷脫氨酶融合蛋白由于無(wú)法形成ssDNA，脫氨酶也不能行使堿基編輯作用。研究結(jié)果證實(shí)，TaC9-ABE堿基編輯系統(tǒng)在保證高效單堿基編輯的同時(shí)，對(duì)gRNA依賴(lài)的脫靶位點(diǎn)以及TALE依賴(lài)的脫靶位點(diǎn)進(jìn)行深度測(cè)序均未檢測(cè)到脫靶現(xiàn)象。該研究為基因編輯動(dòng)植物的培育和人類(lèi)遺傳性疾病的基因治療提供了一個(gè)安全的單堿基編輯工具。
張焜教授博士生周繼曾、賴(lài)良學(xué)研究員博士生劉洋、碩士生魏愈惠和鄭淑文為論文共同第一作者。
另外，該團(tuán)隊(duì)于2022年3月利用相同原理開(kāi)發(fā)了一種不產(chǎn)生Cas9依賴(lài)性脫靶的新型腺嘌呤堿基編輯系統(tǒng)TaC9-ABE。相關(guān)成果以Elimination of Cas9-dependent off-targeting of adenine base editor by using TALE to separately guide deaminase to the target site為題在線(xiàn)發(fā)表在Cell Discovery雜志上。該研究再次證實(shí)了此基因編輯系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用價(jià)值。
廣東省醫(yī)學(xué)大動(dòng)物模型重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室由五邑大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院共同建設(shè)，于2021年3月正式獲批成立。近三年，五邑大學(xué)籌集資金近4億元，建設(shè)國(guó)際一流醫(yī)學(xué)大動(dòng)物模型研究基地；吸引了包括韓國(guó)科學(xué)院院士在內(nèi)的大動(dòng)物模型研究專(zhuān)家和國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀青年博士。近一年時(shí)間，在大動(dòng)物模型、基因編輯和肝臟人源化等領(lǐng)域取得了重要突破，相關(guān)論文發(fā)表于MolecularTherapy,CellDiscovery,AdvancedScience以及Hepatology等國(guó)際高水平學(xué)術(shù)期刊上。（文/圖 生物科技與大健康學(xué)院）
