科学家找到基因治疗新利器

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6月16日，华东师范大学生命科学学院教授李大力团队在《自然-生物技术》发表论文，报道了一系列新型腺嘌呤颠换编辑工具（AXBEs和ACBEs），并证明了ACBEs在不同细胞系与小鼠胚胎中的高效性与精确性，其中产生的小鼠疾病模型等位基因突变高达100%。这为多元化的遗传操作和人类第二大类单核苷酸变异（SNVs）的基因治疗提供新工具。

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腺嘌呤碱基颠换原理图。华东师大供图

人类的遗传疾病主要由基因突变造成，并且约58%为单碱基突变。目前，不依赖DNA双链断裂和模板参与的单碱基编辑器是治疗遗传病强有力的基因编辑工具。现有的碱基编辑技术（CBEs、CGBEs、GBEs和ABEs）可实现胞嘧啶转换/颠换编辑以及腺嘌呤的转换突变。然而，仍有25%的人类单碱基突变遗传疾病需要精准的腺嘌呤颠换编辑（A-to-C或A-to-T）才能纠正，因此开发高效精准的腺嘌呤碱基编辑器具有重要意义。

碱基转换可通过碱基脱氨实现，而碱基颠换则需要依赖无嘌呤无嘧啶（AP）位点的创建，随后进行碱基切除修复途径而完成。鉴于内源糖苷酶低效的肌苷切除修复能力，研究人员希望寻找其他可将肌苷作为催化底物的酶。研究人员尝试将9种体外具有潜在肌苷切除活性的酶与腺苷脱氨酶融合，结果发现小鼠来源的烷基腺苷DNA糖苷酶（mAAG）可实现8.7%的碱基颠换，并且大鼠、枯草芽孢杆菌来源的融合构建体也观察到了一定的腺嘌呤颠换突变。

经过大量内源性靶点评价以及体外酶活实验发现，AXBE具有某种碱基背景序列偏好性。通过依赖性/非依赖性DNA水平脱靶评估及转录组水平脱靶检测发现，相比于传统系统，AXBE的脱靶明显降低，尤其是在RNA水平上降低了90%。

为增加腺嘌呤颠换编辑效率并拓展靶向范围，研究人员基于结构导向的理性设计和筛选鉴定出两个关键突变，极大提高了对其底物肌苷切除的活性，有效改善了颠换编辑的序列背景选择性。此外，该突变可广泛地靶向基因组，扩大应用范围。

“该研究通过筛选发现融合小鼠来源的烷基腺苷DNA糖苷酶的腺嘌呤颠换编辑器，可在特定序列中实现腺嘌呤的颠换，进一步的分子进化使得编辑最高可达73%。AXBEs带来丰富的密码子和氨基酸改变，未来将更适用于分子进化、遗传筛选、谱系示踪等应用。”李大力解释说，“这表明其纠正人类第二大类致病性SNVs的治疗前景，另外ACBEs还可以作为独特的工具来探索与胸腺嘧啶相对的特定位点修复机制。”