“基因超級(jí)編輯器”為疾病建模和基因治療提供有效工具。
經(jīng)過(guò)兩年多攻關(guān)，華東師范大學(xué)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(shù)針對(duì)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(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊NatureCellBiology發(fā)表。
“這一組堿基編輯系列新工具，在實(shí)現(xiàn)更高編輯效率和更寬編輯窗口的同時(shí)，仍然保持了其精準(zhǔn)的工作性能?！闭n題組科學(xué)家李大力說(shuō)。
李大力團(tuán)隊(duì)（右為李大力） 華東師范大學(xué)供圖
新編輯器精準(zhǔn)性顯著提高
該研究將Rad51蛋白的單鏈DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)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(lèi)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(shí)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(cè)的靶點(diǎn)中，特定位點(diǎn)的編輯活性較高提高了257倍。”李大力說(shuō)，“通過(guò)胚胎顯微注射，能在胚胎中精準(zhǔn)改變單個(gè)堿基，直接獲得杜氏肌營(yíng)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(zhǔn)構(gòu)建遺傳疾病動(dòng)物模型，hyeA3A-BE4max在β地中海貧血的治療中也展現(xiàn)了顯著的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)真正單個(gè)堿基的突變，體外實(shí)驗(yàn)證明有更好的治療效果。一系列嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)表明，這一新編輯器具有非常高的精準(zhǔn)性，沒(méi)有檢測(cè)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(píng)價(jià)：為基因治療提供了有效工具
在與研究結(jié)果同期發(fā)布的期刊評(píng)論中，美國(guó)威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院癌癥生物學(xué)家以《Baseeditinggoesintohyperdrive》為題，指出這項(xiàng)“‘超級(jí)編輯器’為疾病建模和基因治療提供了有效工具?！?/span>
評(píng)論認(rèn)為，李大力實(shí)驗(yàn)室的工作豐富了BE工具箱，擴(kuò)展了應(yīng)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(dòng)物疾病模型中精準(zhǔn)的錯(cuò)義突變也顯示其治療潛力。
“新型超級(jí)編輯器除了可應(yīng)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(shù)性改造的認(rèn)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(shè)計(jì)指導(dǎo)，進(jìn)一步推動(dòng)基礎(chǔ)研究和臨床轉(zhuǎn)化的發(fā)展進(jìn)程?！痹撛u(píng)論文章說(shuō)。
華東師大團(tuán)隊(duì)在基因治療領(lǐng)域發(fā)力前行
基因編輯技術(shù)是近年來(lái)較為火熱的分子生物學(xué)技術(shù)之一。
華東師大生命科學(xué)學(xué)院劉明耀、李大力課題組于2013年在國(guó)際上率先建立了大鼠和小鼠胚胎的Cas9基因編輯技術(shù)，將基因修飾動(dòng)物構(gòu)建的時(shí)間由傳統(tǒng)方法的18個(gè)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(gòu)建的問(wèn)題。隨后利用Cas9技術(shù)修復(fù)了動(dòng)物模型中的單個(gè)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(shù)精準(zhǔn)修復(fù)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(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)的CBE技術(shù)，能在不產(chǎn)生DNA雙鏈斷裂的前提下，直接將目的片段一定范圍內(nèi)的胞嘧啶轉(zhuǎn)化成胸腺嘧啶，實(shí)現(xiàn)C/G堿基對(duì)向T/A堿基對(duì)的轉(zhuǎn)換。今年年初，華東師大團(tuán)隊(duì)發(fā)表論文，成功地利用CBE技術(shù)建立了人類(lèi)造血干細(xì)胞單堿基編輯技術(shù)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(zhǔn)度有限等阻礙臨床應(yīng)用的問(wèn)題。
“我們研發(fā)的超高活性堿基編輯技術(shù)基本解決了上述問(wèn)題，有望成為遺傳疾病治療的優(yōu)選堿基編輯器。”李大力說(shuō)。
據(jù)介紹，華東師大生命科學(xué)學(xué)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(xué)為一作者單位，李大力教授為本文通訊作者，劉明耀教授對(duì)本課題給予了悉心指導(dǎo)。該研究受到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金以及上海市教委重大項(xiàng)目等經(jīng)費(fèi)的支持。
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