“基因超级编辑器”为疾病建模和基因治疗提供有效工具。
经过两年多攻关，华东师范大学李大力课题组研发出系列超高活性胞嘧啶碱基编辑器（hyCBE），这一系列新的基因编辑技术针对碱基突变引起的遗传疾病，展示出基因治疗的巨大潜力。该研究于5月11日在国际著名学术期刊NatureCellBiology发表。
“这一组碱基编辑系列新工具，在实现更高编辑效率和更宽编辑窗口的同时，仍然保持了其精准的工作性能。”课题组首席科学家李大力说。
李大力团队（右为李大力）华东师范大学供图
新编辑器精确性显著提高
该研究将Rad51蛋白的单链DNA结合结构域融合到Cas9与脱氨酶之间，极大地提高了胞嘧啶碱基编辑器（CBE）的编辑活性，拓宽编辑窗口，因此将其命名为超高活性CBE（hyBE4max）；类似地还改造出具有更宽的编辑窗口和更高活性的hyA3A-BE4max，以及能更高效识别TC碱基模块中的C（胞嘧啶）而不引起其他C突变的hyeA3A-BE4max。
“以hyeA3A-BE4max为例，在所检测的靶点中，特定位点的编辑活性最高提高了倍。”李大力说，“通过胚胎显微注射，能在胚胎中精确改变单个碱基，直接获得杜氏肌营养不良（DMD）小鼠模型，平均效率提高了近60倍。”
除了能快速精确构建遗传疾病动物模型，hyeA3A-BE4max在β地中海贫血的治疗中也展现了显著的优势，实现真正单个碱基的突变，体外实验证明有更好的治疗效果。一系列严格的实验表明，这一新编辑器具有非常高的精确性，没有检测到明显的DNA和RNA脱靶，证明了新编辑工具用于基因治疗的巨大潜力。
同行评价：为基因治疗提供了有效工具
在与研究结果同期发布的期刊评论中，美国威尔康奈尔医学院癌症生物学家以《Baseeditinggoesintohyperdrive》为题，指出这项“‘超级编辑器’为疾病建模和基因治疗提供了有效工具。”
评论认为，李大力实验室的工作丰富了BE工具箱，扩展了应用范围，并证明了这些新工具具备更高效率和更宽范围的碱基突变能力，在动物疾病模型中精确的错义突变也显示其治疗潜力。
“新型超级编辑器除了可应用于模型制作和疾病治疗，还可以帮助我们提高BE工具技术性改造的认知以及获取决定编辑效率的因素，这将为新工具研发提供合理性的设计指导，进一步推动基础研究和临床转化的发展进程。”该评论文章说。
华东师大团队在基因治疗领域发力前行
基因编辑技术是近年来最为火热的分子生物学技术之一。
华东师大生命科学学院刘明耀、李大力课题组于年在国际上率先建立了大鼠和小鼠胚胎的Cas9基因编辑技术，将基因修饰动物构建的时间由传统方法的18个月缩短到5周左右，解决了基因治疗研究中必不可少的疾病模型构建的问题。随后利用Cas9技术修复了动物模型中的单个碱基突变，治愈了B型血友病，证明其在遗传疾病治疗中的潜力。然而，Cas9技术精确修复碱基突变的效率非常低，只有1%左右，很难在更多的疾病治疗中推广。
年美国科学家开发的CBE技术，能在不产生DNA双链断裂的前提下，直接将目的片段一定范围内的胞嘧啶转化成胸腺嘧啶，实现C/G碱基对向T/A碱基对的转换。今年年初，华东师大团队发表论文，成功地利用CBE技术建立了人类造血干细胞单碱基编辑技术体系，证明CBE有治疗β地中海贫血的潜力，但存在编辑效率偏低、精准度有限等阻碍临床应用的问题。
“我们研发的超高活性碱基编辑技术基本解决了上述问题，有望成为遗传疾病治疗的首选碱基编辑器。”李大力说。
据介绍，华东师大生命科学学院博士研究生张晓辉，硕士研究生陈亮和博士研究生朱碧云为该研究的共同第一作者，华东师范大学为第一作者单位，李大力教授为本文通讯作者，刘明耀教授对本课题给予了悉心指导。该研究受到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金以及上海市教委重大项目等经费的支持。
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