“基因超級編輯器”為疾病建模和基因治療提供有效工具。
經過兩年多攻關，華東師范大學李大力課題組研發(fā)出系列超高活性胞嘧啶堿基編輯器（hyCBE），這一系列新的基因編輯技術針對堿基突變引起的遺傳疾病，展示出基因治療的巨大潛力。該研究于5月11日在國際知名學術期刊NatureCellBiology發(fā)表。
“這一組堿基編輯系列新工具，在實現更高編輯效率和更寬編輯窗口的同時，仍然保持了其精準的工作性能?！闭n題組科學家李大力說。
李大力團隊（右為李大力） 華東師范大學供圖
新編輯器精準性顯著提高
該研究將Rad51蛋白的單鏈DNA結合結構域融合到Cas9與脫氨酶之間，極大地提高了胞嘧啶堿基編輯器（CBE）的編輯活性，拓寬編輯窗口，因此將其命名為超高活性CBE（hyBE4max）；類似地還改造出具有更寬的編輯窗口和更高活性的hyA3A-BE4max，以及能更高效識別TC堿基模塊中的C（胞嘧啶）而不引起其他C突變的hyeA3A-BE4max。
“以hyeA3A-BE4max為例，在所檢測的靶點中，特定位點的編輯活性較高提高了257倍?！崩畲罅φf，“通過胚胎顯微注射，能在胚胎中精準改變單個堿基，直接獲得杜氏肌營養(yǎng)不良（DMD）小鼠模型，平均效率提高了近60倍?！?/span>
除了能快速精準構建遺傳疾病動物模型，hyeA3A-BE4max在β地中海貧血的治療中也展現了顯著的優(yōu)勢，實現真正單個堿基的突變，體外實驗證明有更好的治療效果。一系列嚴格的實驗表明，這一新編輯器具有非常高的精準性，沒有檢測到明顯的DNA和RNA脫靶，證明了新編輯工具用于基因治療的巨大潛力。
同行評價：為基因治療提供了有效工具
在與研究結果同期發(fā)布的期刊評論中，美國威爾康奈爾醫(yī)學院癌癥生物學家以《Baseeditinggoesintohyperdrive》為題，指出這項“‘超級編輯器’為疾病建模和基因治療提供了有效工具。”
評論認為，李大力實驗室的工作豐富了BE工具箱，擴展了應用范圍，并證明了這些新工具具備更高效率和更寬范圍的堿基突變能力，在動物疾病模型中精準的錯義突變也顯示其治療潛力。
“新型超級編輯器除了可應用于模型制作和疾病治療，還可以幫助我們提高BE工具技術性改造的認知以及獲取決定編輯效率的因素，這將為新工具研發(fā)提供合理性的設計指導，進一步推動基礎研究和臨床轉化的發(fā)展進程?！痹撛u論文章說。
華東師大團隊在基因治療領域發(fā)力前行
基因編輯技術是近年來較為火熱的分子生物學技術之一。
華東師大生命科學學院劉明耀、李大力課題組于2013年在國際上率先建立了大鼠和小鼠胚胎的Cas9基因編輯技術，將基因修飾動物構建的時間由傳統(tǒng)方法的18個月縮短到5周左右，解決了基因治療研究中必不可少的疾病模型構建的問題。隨后利用Cas9技術修復了動物模型中的單個堿基突變，治愈了B型血友病，證明其在遺傳疾病治療中的潛力。然而，Cas9技術精準修復堿基突變的效率非常低，只有1%左右，很難在更多的疾病治療中推廣。
2016年美國科學家開發(fā)的CBE技術，能在不產生DNA雙鏈斷裂的前提下，直接將目的片段一定范圍內的胞嘧啶轉化成胸腺嘧啶，實現C/G堿基對向T/A堿基對的轉換。今年年初，華東師大團隊發(fā)表論文，成功地利用CBE技術建立了人類造血干細胞單堿基編輯技術體系，證明CBE有治療β地中海貧血的潛力，但存在編輯效率偏低、精準度有限等阻礙臨床應用的問題。
“我們研發(fā)的超高活性堿基編輯技術基本解決了上述問題，有望成為遺傳疾病治療的優(yōu)選堿基編輯器?！崩畲罅φf。
據介紹，華東師大生命科學學院博士研究生張曉輝，碩士研究生陳亮和博士研究生朱碧云為該研究的共同一作者，華東師范大學為一作者單位，李大力教授為本文通訊作者，劉明耀教授對本課題給予了悉心指導。該研究受到了科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金以及上海市教委重大項目等經費的支持。
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