近日，中國(guó)科學(xué)院－馬普計(jì)算生物學(xué)研究所楊力研究組與上海科技大學(xué)生命學(xué)院陳佳研究組和黃行許研究組通過(guò)合作研究，開(kāi)發(fā)出一系列基于CRISPR/Cpf1（Cas12a）的新型堿基編輯器（dCpf1-BE），相關(guān)成果以“Base editing with a Cpf1– cytidine deaminase fusion”為題，在線發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然-生物技術(shù)》（Nature Biotechnology）上。
傳統(tǒng)的CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)雖然具有較高的基因敲除效率，但在執(zhí)行特定的堿基替換（譬如對(duì)造成遺傳性疾病的點(diǎn)突變進(jìn)行矯正）時(shí)效率通常很低，這極大地限制了CRISPR/Cas9基因編輯的應(yīng)用。近期，利用CRISPR/Cas9和APOBEC（胞嘧啶脫氨酶）整合而發(fā)展出的新型堿基編輯系統(tǒng)（Base Editor, BE），可在單堿基水平（如胞嘧啶向胸腺嘧啶）實(shí)現(xiàn)高效率的基因組靶向編輯改造。這種新型堿基編輯系統(tǒng)理論上可對(duì)數(shù)百種引起人類疾病的基因組點(diǎn)突變進(jìn)行定點(diǎn)矯正，因此擁有巨大的臨床應(yīng)用潛力。目前已報(bào)道的堿基編輯系統(tǒng)均是利用Cas9蛋白（主要是Streptococcus pyogenes Cas9, SpCas9和Staphylococcus aureus Cas9, SaCas9）執(zhí)行與基因組的靶向性結(jié)合，而這種靶向性結(jié)合依賴于靶點(diǎn)旁側(cè)的PAM（Protospacer Adjacent Motif）序列。SpCas9和SaCas9蛋白所識(shí)別的PAM序列多含鳥(niǎo)嘌呤/胞嘧啶（G/C-rich），因此利用已報(bào)導(dǎo)的堿基編輯系統(tǒng)無(wú)法在腺嘌呤/胸腺嘧啶富集（A/T-rich）區(qū)域進(jìn)行高效的堿基編輯操作。
在這項(xiàng)最新的研究中，科研人員構(gòu)建了一系列基于CRISPR/Cpf1蛋白的新型堿基編輯器（dCpf1-BE）。由于Cpf1 蛋白可識(shí)別富含腺嘌呤/胸腺嘧啶的PAM序列，這種基于Cpf1的新型堿基編輯器實(shí)現(xiàn)了在腺嘌呤/胸腺嘧啶富集區(qū)域的堿基編輯操作。在拓展了可編輯區(qū)域的同時(shí)，基于Cpf1的新型堿基編輯器所產(chǎn)生的編輯副產(chǎn)物也較低，因此具有更高的編輯精準(zhǔn)度。這種基于Cpf1的新型堿基編輯器與現(xiàn)有的基于Cas9的堿基編輯器可實(shí)現(xiàn)堿基編輯的有效互補(bǔ)，為堿基編輯系統(tǒng)在基礎(chǔ)研究及未來(lái)臨床領(lǐng)域的全面深入應(yīng)用提供了新方法、拓展了新思路。
楊力研究員長(zhǎng)期從事計(jì)算生物學(xué)和組學(xué)研究。在此項(xiàng)最新的合作研究中，利用計(jì)算和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的高通量體系，成功開(kāi)發(fā)出一系列基于 Cpf1的新型堿基編輯器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在腺嘌呤/胸腺嘧啶富集區(qū)域的堿基編輯操作。在與陳佳教授前期的一系列合作研究中，闡明了APOBEC在CRISPR/Cas9引起的基因組DNA斷裂修復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生突變的分子機(jī)制（Lei et al., 2018, Nature Structural & Molecular Biology）并成功合作開(kāi)發(fā)出了增強(qiáng)型的基因組堿基編輯系統(tǒng)（Wang et al., 2017, Cell Research）。
該工作在楊力研究員、陳佳教授、黃行許教授的共同指導(dǎo)下，由陳佳研究組2014級(jí)碩博連讀研究生李瀟颯、楊力研究組2015級(jí)碩博連讀研究生王瀅和黃行許研究組2014級(jí)碩博連讀研究生劉亞京等共同完成。該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、上海市科委和上科大科研啟動(dòng)基金的支持。該研究使用的高通量測(cè)序數(shù)據(jù)由PICB Omics Core完成，并儲(chǔ)存于NCBI （GEO：GSE110136）和PICB大數(shù)據(jù)中心（National Omics Data Encyclopedia：NODEP00371765）。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/nbt.4102
Cas9堿基編輯器與Cpf1堿基編輯器的特點(diǎn)比較
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