廣州健康院構建新型安全高效的單堿基基因編輯系統
近日，中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院賴良學研究員與五邑大學鄒慶劍副教授團隊合作首次將腺苷脫氨酶與轉錄激活因子樣效應子（TALE）融合，開發了一種不會產生Cas9依賴性脫靶的新型堿基編輯系統TaC9-ABE。相關成果以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日在線發表在Cell Discovery雜志上。
單堿基編輯技術能夠在不產生雙鏈斷裂的前提下，對DNA的單個堿基進行替換，因而具有高效而又精確的基因編輯能力，可在動植物細胞內引入點突變，用于培育具有理想表型的基因編輯動植物，也可以對致病性點突變進行糾正，從而用于遺傳疾病的基因治療。其中，腺嘌呤單堿基編輯器，簡稱ABE，可以對目標位點實現高效腺嘌呤（A）到鳥嘌呤（G）的單堿基轉換。傳統的ABE是將nCas9和腺嘌呤脫氨酶融合形成的二聚體蛋白，由起導航作用的gRNA引導至靶位點發揮堿基替換作用。然而，gRNA對DNA序列的錯誤結合有一定的寬容性，可以在錯誤的基因位點形成脫靶編輯效應，從而為基因編輯動植物的培育和人類遺傳性疾病的基因治療帶來安全隱憂。
在TaC9-ABE堿基編輯系統中，研究人員將nCas9與gRNA連接，而腺嘌呤脫氨酶與另一個具有導航作用的TALE相連接。nCas9在gRNA引導下，結合到目標DNA位點，打開并切割雙鏈靶DNA形成單鏈DNA，同時，腺嘌呤脫氨酶在TALE引導下結合到相同的靶位點，脫氨酶即可對靶向鏈DNA進行編輯，實現靶位點的A到G突變。如果nCas9被gRNA帶到錯誤的位點，由于沒有脫氨酶的存在，A到G的轉換就不能發生，同理，如果脫氨酶被TALE引導至錯誤的位點，由于沒有nCas9的存在，不能形成單鏈DNA，脫氨酶發揮不了作用，A到G的轉換也不能發生，這樣就徹底地排除了發生Cas9依賴性脫靶的可能性。研究結果證實，TaC9-ABE堿基編輯系統在保證高效但堿基編輯的同時，對gRNA依賴的脫靶位點以及TALE依賴的脫靶位點進行深度測序均未檢測到脫靶現象，而傳統的ABE編輯器在大約50%的預測脫靶位點都發生了脫靶編輯。本研究為基因編輯動植物的培育和人類遺傳性疾病的基因治療提供了一個安全的單堿基編輯工具。
賴良學研究員和鄒慶劍副教授為論文的共同通訊作者。健康院與中科大聯合培養博士生劉洋、廣東工業大學博士生周繼曾、健康院博士生藍婷和五邑大學周小青博士為論文共同第一作者。該項目得到來自科技部、中科院、國家自然基金委、廣東省和廣州市等項目經費支持。
廣州健康院構建新型安全高效的單堿基基因編輯系統
