科学视点

超高活性基因编辑器精确构建遗传疾病动物模型,展现在地中海贫血等遗传疾病治疗中的巨大潜力

华东师范大学李大力课题组经过两年多的艰苦攻关,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《Nature Cell Biology》发表。

由于CBE主要是以单链DNA为底物,因此研究团队猜测如果增强脱氨酶与单链DNA的结合能力,是否能通过增强结合能力增加脱氨酶作用时间而增强活性呢?课题组首席科学家李大力介绍说,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257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,直接获得患杜氏肌营养不良的小鼠模型,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。

“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。”李大力说。

在同期发布期刊评论中,美国威尔康奈尔医学院癌症生物学家指出,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。

 右为李大力


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