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科研进展| 基因组所联合研发显著降低基因编辑脱靶效应的单碱基编辑工具

来源: 发布者: 时间:2020年05月18日

  5月18日,《自然-方法(Nature Methods)》杂志在线发表了基因组所左二伟研究组最新研究成果。这篇题为“A rationally engineered cytosine base editor retainshigh on-target activity while reducing both DNA and RNA off-target effects”的研究成果,根据蛋白结构预测了基因编辑过程中产生脱靶效应的重要氨基酸,并在不影响催化活性的情况下突变相应的氨基酸,最终得到了显著降低基因编辑脱靶效应的单碱基编辑工具。

  

  CRISPR/Cas9的衍生工具单碱基编辑技术可以在不切断DNA双链的情况下实现单核苷酸的定向突变,为治疗单碱基突变引起的遗传性疾病带来了希望。因此,自2016年首次报道以来受到了广泛的关注。但从2019年,单碱基编辑工具的安全性受到了质疑。杨辉、高彩霞、Keith Joung、David Liu等国内外多个研究团队发文报道了单碱基编辑器导致大量的DNA和RNA脱靶效应,临床应用存在严重安全风险。  

  此前,国内外多位科学家通过多种方式研究降低基因编辑DNA和RNA脱靶的方法,取得了一定进展,但也存在一定局限。例如,David Liu发文报道YE1-BE4在保持较高的编辑效率的同时降低了DNA和RNA上的脱靶,并且同时缩小了编辑窗口并降低了indel产生的比例。但是David Liu团队基于细菌抗性筛选的方法灵敏性和适用范围有限。

  此次,左二伟等团队基于GOTI的方法是不受限制的,不仅可以检测单碱基编辑工具,还可以用于其它基于ZFN, TALEN和CRISPR/Cas的安全性检测和改进。研究团队使用GOTI和RNA-Seq同时检测了突变体的DNA脱靶和RNA脱靶,并且发现DNA和RNA的脱靶是互相独立的,需要同时检测。研究获得的 YE1-BE3-FNLS是高精度、高活性单碱基编辑工具,显著降低了脱靶效应并提高了编辑效率,有望应用于遗传疾病基因治疗,推动基因编辑临床化应用。

  

  据介绍,GOTI是左二伟研究员与多个团队合作建立的全新一代基因编辑脱靶检测技术,该技术在灵敏性、准确性和适用范围上远超之前的脱靶检测技术,该研究成果于2019年3月发表于《科学(Science)》上,并且入选“2019年中国生命科学十大进展”。目前,左二伟及其合作研究团队正在基于GOTI深入探索解决单碱基编辑器脱靶效应的方法,此次研究成果是这一系列研究中取得的进展之一。  

  该研究由中国农业科学院深圳农业基因组研究所左二伟研究组、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心杨辉研究组和中国科学院上海营养与健康研究所隶属于的计算生物学研究所(中国科学院-马普学会计算生物学研究所)李亦学研究组合作完成。中国农业科学院深圳农业基因组研究所为第一完成单位,左二伟、杨辉和李亦学为共同通讯作者,中科院分子细胞卓越创新中心孙怡迪博士、中国农科院基因组所助理研究员袁堂龙、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心贺冰冰和周昌阳博士为共同第一作者。  

  该研究得到了国家自然科学基金委,中国农科院和深圳市资助。  

  

       原文链接:https://www.nature.com/articles/s41592-020-0832-x

  

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