单碱基编辑技术,魏文胜等发布LEAPER190715

发展历史
2016年4月,哈佛大学David Liu等报道了基于胞嘧啶脱氨酶与CRISPR/Cas9融合形成的单碱基编辑技术(base editor,BE),BE技术将spCas9与胞嘧啶脱氨酶融合,在一定的突变窗KI内实现胞嘧啶(cytosine,C)到胸腺嘧啶(thymine,T)的单碱基转换。
2017年11月,David Liu等建立了新的单碱基编辑系统(adenine base editor,ABE),实现腺嘌呤(adenine,A)到鸟嘌呤(guanine,G)的精确转换。
2019年6月28日,中科院广州生物院赖良学课题组利用BE3和A3A-BE3两种单碱基编辑工具,在细胞和胚胎层面,对基因组进行三基因单碱基编辑。该研究证明了单碱基编辑系统在细胞和胚胎水均可实现多基因或单基因多位点的高效碱基突变。
2019年2月28日和6月10日,杨辉等分别在《科学》和《自然》上发表了“GOTI”技术,并用该技术发现近年来兴起的单碱基编辑技术有可能导致大量无法预测的脱靶,因而存在严重的安全风险。
2019年7月11日,张锋等在CRISPR系统基础上开发出的一种新型RNA编辑工具(RESCUE),对RNA进行单碱基编辑。
2019年7月15日,北大魏文胜课题组在Nature Biotechnology上发表了LEAPER的新型RNA 单碱基编辑技术,利用该技术研究者成功修复了来源于Hurler综合征病人的α-L-艾杜糖醛酸酶缺陷细胞。

技术背景
CRISPR/Cas9系统已广泛应用于原核及真核生物基因组DNA的精确改造,但其操作过程会出现非预期的碱基改变,也有可能产生脱靶切割。如何能在不引入双链断裂的情况下进行精确的基因修饰成为挑战。

技术应用
利用BE诱导产生终止密码子实现基因敲除要比同等条件利用下野生型Cas9进行基因敲除更加安全高效,可以作为优于Cas9的全基因组筛选体系。
BE系统也为动植物的基因改造研究提供了新的高效工具。比如北大林硕研究组利用BE3及VQR—BE3均产生单个碱基替换的斑马鱼等
BE系统在人类胚胎中进行精确基因编辑的研究。

技术挑战
1)BE系统可以容受一定的突变窗口,虽然不同位点突变效率有差别,但如果靶点窗口内的多个碱基都能被编辑,对于基因治疗来说仍存在一定风险。
2)BE等单碱基编辑技术通过脱氨酶实现碱基直接转换,如何实现碱基的颠换还是一个挑战。
3)BE是在cas9基础上融合序列,片段过长。

参考阅读
https://www.nature.com/articles/nature17946
https://www.nature.com/articles/nature24644
魏瑜等.遗传.2017.12,EJ,39(12):1115–1121
http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2019/7/428028.shtm
http://www.cas.cn/syky/201903/t20190301_4680613.shtml
http://www.cas.cn/syky/201906/t20190611_4694629.shtml
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1314-0

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