近日，中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院賴良學(xué)研究員與五邑大學(xué)鄒慶劍副教授團(tuán)隊(duì)合作首次將腺苷脫氨酶與轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)子（TALE）融合，開(kāi)發(fā)了一種不會(huì)產(chǎn)生Cas9依賴性脫靶的新型堿基編輯系統(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為題于3月24日在線發(fā)表在Cell Discovery雜志上。

　　單堿基編輯技術(shù)能夠在不產(chǎn)生雙鏈斷裂的前提下，對(duì)DNA的單個(gè)堿基進(jìn)行替換，因而具有高效而又精確的基因編輯能力，可在動(dòng)植物細(xì)胞內(nèi)引入點(diǎn)突變，用于培育具有理想表型的基因編輯動(dòng)植物，也可以對(duì)致病性點(diǎn)突變進(jìn)行糾正，從而用于遺傳疾病的基因治療。其中，腺嘌呤單堿基編輯器，簡(jiǎn)稱ABE，可以對(duì)目標(biāo)位點(diǎn)實(shí)現(xiàn)高效腺嘌呤（A）到鳥(niǎo)嘌呤（G）的單堿基轉(zhuǎn)換。傳統(tǒng)的ABE是將nCas9和腺嘌呤脫氨酶融合形成的二聚體蛋白，由起導(dǎo)航作用的gRNA引導(dǎo)至靶位點(diǎn)發(fā)揮堿基替換作用。然而，gRNA對(duì)DNA序列的錯(cuò)誤結(jié)合有一定的寬容性，可以在錯(cuò)誤的基因位點(diǎn)形成脫靶編輯效應(yīng)，從而為基因編輯動(dòng)植物的培育和人類遺傳性疾病的基因治療帶來(lái)安全隱憂。

　　在TaC9-ABE堿基編輯系統(tǒng)中，研究人員將nCas9與gRNA連接，而腺嘌呤脫氨酶與另一個(gè)具有導(dǎo)航作用的TALE相連接。nCas9在gRNA引導(dǎo)下，結(jié)合到目標(biāo)DNA位點(diǎn)，打開(kāi)并切割雙鏈靶DNA形成單鏈DNA，同時(shí)，腺嘌呤脫氨酶在TALE引導(dǎo)下結(jié)合到相同的靶位點(diǎn)，脫氨酶即可對(duì)靶向鏈DNA進(jìn)行編輯，實(shí)現(xiàn)靶位點(diǎn)的A到G突變。如果nCas9被gRNA帶到錯(cuò)誤的位點(diǎn)，由于沒(méi)有脫氨酶的存在，A到G的轉(zhuǎn)換就不能發(fā)生，同理，如果脫氨酶被TALE引導(dǎo)至錯(cuò)誤的位點(diǎn)，由于沒(méi)有nCas9的存在，不能形成單鏈DNA，脫氨酶發(fā)揮不了作用，A到G的轉(zhuǎn)換也不能發(fā)生，這樣就徹底地排除了發(fā)生Cas9依賴性脫靶的可能性。研究結(jié)果證實(shí)，TaC9-ABE堿基編輯系統(tǒng)在保證高效但堿基編輯的同時(shí)，對(duì)gRNA依賴的脫靶位點(diǎn)以及TALE依賴的脫靶位點(diǎn)進(jìn)行深度測(cè)序均未檢測(cè)到脫靶現(xiàn)象，而傳統(tǒng)的ABE編輯器在大約50%的預(yù)測(cè)脫靶位點(diǎn)都發(fā)生了脫靶編輯。本研究為基因編輯動(dòng)植物的培育和人類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。

　　賴良學(xué)研究員和鄒慶劍副教授為論文的共同通訊作者。健康院與中科大聯(lián)合培養(yǎng)博士生劉洋、廣東工業(yè)大學(xué)博士生周繼曾、健康院博士生藍(lán)婷和五邑大學(xué)周小青博士為論文共同第一作者。該項(xiàng)目得到來(lái)自科技部、中科院、國(guó)家自然基金委、廣東省和廣州市等項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)支持。

　　論文鏈接

　　廣州健康院構(gòu)建新型安全高效的單堿基基因編輯系統(tǒng)