【1】CRISPR兩大“宗師”合作，揭示單堿基編輯器3D結構，解析脫靶機制基因編輯領域兩位“宗師”David Liu及Jennifer A. Doudna合作，首次揭開了一種“有前途”的堿基編輯器的3D結構，為調(diào)整堿基編輯器，使之在應用過程中更加靈活和可控提供了一個參考。早期的腺嘌呤堿基編輯器（ABE）效率都很低。然而，新的ABE8e卻快到令人驚訝，對DNA的脫氨基速率比ABE7.10和miniABEmax分別高出590倍和1170倍。然而，這也意味著，ABE8e可能更容易造成脫靶效應。對此，研究人員利用冷凍電子顯微鏡（Cryo-EM）成像技術，解析了ABE8e結合DNA時的3D結構?；钚詸z測表明， ABE8e之所以容易產(chǎn)生更多的脫靶編輯，是因為與Cas9融合的脫氨酶蛋白始終處于活躍狀態(tài)。由于這項研究首次報告了這種融合蛋白的結構，它可能有助于指導無數(shù)其他基于Cas9的基因編輯工具的設計。該研究于7月31日發(fā)表在《科學》雜志上。
ABE8e捕獲DNA時的Cryo-EM結構
DOI:10.1126/science.abb1390
【2】David Liu再獲新突破：無需實驗，就能知道基因編輯結果David R. Liu團隊在哺乳動物細胞中38,538個基因組整合靶標上表征了11個胞嘧啶和腺嘌呤堿基編輯器（CBE和ABE）的序列-活性關系，并使用所得結果訓練了BE-Hive機器學習模型，可準確預測堿基編輯基因型結果（R ≈0.9）和效率（R≈0.7）。研究人員以≥90％的準確度糾正了3388個與疾病相關的單核苷酸變異（SNV），其中包括675個等位基因，其“旁觀者”核苷酸被BE-Hive正確預測，因此無法編輯。該研究發(fā)現(xiàn)了先前無法預測的C-to-G或C-to-A編輯的決定因素，并利用這些發(fā)現(xiàn)以≥90％的準確性糾正了174個病原性SNV編碼序列。利用BE-Hive設計新的CBE變體，以調(diào)節(jié)編輯結果。這些發(fā)現(xiàn)啟發(fā)了堿基編輯，實現(xiàn)了以前難以處理的目標的編輯，并為新的基礎編輯器提供了改進的編輯功能。該研究于7月23日發(fā)表在《Cell》雜志。
繼“單堿基編輯法”和“先導編輯”這兩大基因編輯技術突破后，全球基因編輯領域的前列學者，麻省理工學院和哈佛大學布羅德研究所的化學生物學家劉如謙（David R. Liu）團隊發(fā)現(xiàn)，一種細菌毒素，DddA，可以將胞嘧啶（C）轉(zhuǎn)化為尿嘧啶（U）。DddA可直接作用于雙鏈DNA，無需依靠Cas9酶來進行破壞。該研究使用一個不依賴CRISPER堿基編輯器——DdCBE，實現(xiàn)了對線粒體基因組的精準編輯，這是優(yōu)異的研究和治療線粒體遺傳病的工具。除了試圖創(chuàng)建人類線粒體疾病的細胞和小鼠模型外，研究人員還將尋找其他可以修飾雙鏈DNA的細菌脫氨酶。他們還希望提高編輯效率并減少脫靶編輯，以便可以在人類中測試mtDNA基礎編輯。該研究于7月8日發(fā)表在《自然》雜志。
哈佛醫(yī)學院和麻省總醫(yī)院的Benjamin P. Kleinstiver實驗室再度對SpCas9蛋白進行了強勢升級，改造后的SpCas9突變體SpRY幾乎完全擺脫了PAM困擾，其識別的PAM序列涵蓋NRN和NYN（Y為C/T）（NRN > NYN）。SpRY和以此為基礎構建的單堿基編輯系統(tǒng)在PAM為NRN的位點處展現(xiàn)出強大的編輯能力，而在PAM為NYN的位點處的編輯能力雖然有所降低，但依然可觀。該研究開發(fā)的SpCas9突變體SpRY是當前對PAM序列兼容性較高的SpCas9突變體，幾乎完全擺脫了PAM序列的限制，其在基因組范圍內(nèi)的編輯能力得到了極大的提高，而衍生而來的單堿基編輯系統(tǒng)讓精準編輯幾乎拓展至全基因組范圍。這項研究成果于3月27日發(fā)表在《科學》雜志上。
