我校生命學(xué)院陳佳教授與中國(guó)科學(xué)院－馬普計(jì)算生物學(xué)研究所研究員、生命學(xué)院特聘教授楊力及南京醫(yī)科大學(xué)沈彬教授合作，共同揭示了胞嘧啶脫氨酶（APOBEC）在CRISPR/Cas9引發(fā)的DNA斷裂修復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生突變的新機(jī)制，并為進(jìn)一步提高基因組編輯保真度提供了新思路。12月12日，相關(guān)成果以“APOBEC3 induces mutations during repair of CRISPR-Cas9-generated DNA breaks”為題，在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然－結(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)》（Nature Structural & Molecular Biology）上在線(xiàn)發(fā)表。

CRISPR/Cas9是迄今為止最便捷高效的基因組編輯技術(shù)。雖然其在生命科學(xué)基礎(chǔ)研究和生物技術(shù)開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，并在臨床研究中也顯示出了極大的潛力，但由于編輯過(guò)程中存在的非靶向突變以及基因治療的不可逆性，CRISPR/Cas9技術(shù)的精確性問(wèn)題一直是科學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)。陳佳教授的前期工作發(fā)現(xiàn)了APOBEC能夠在DNA單鏈斷裂修復(fù)過(guò)程中結(jié)合單鏈DNA并造成隨機(jī)突變（Chen et al., 2014,eLife），而單鏈核酸（如單鏈寡聚核苷酸和基因組單鏈DNA等），在CRISPR/Cas9引發(fā)的DNA修復(fù)過(guò)程中廣泛存在。因此，評(píng)估APOBEC能否在CRISPR/Cas9引發(fā)的基因組DNA修復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生突變，對(duì)于改進(jìn)CRISPR/Cas9編輯技術(shù)的精確性以及DNA損傷修復(fù)等研究都具有重要意義。

在該項(xiàng)工作中，研究人員證實(shí)了APOBEC能夠作用于單鏈寡聚核苷酸的胞嘧啶位點(diǎn)，并通過(guò)CRISPR/Cas9引發(fā)的同源重組修復(fù)過(guò)程，在基因組DNA的同源胞嘧啶位點(diǎn)處產(chǎn)生堿基替換突變；同時(shí)，研究人員還發(fā)現(xiàn)APOBEC能夠在由Cas9切刻酶引起的基因組DNA單鏈斷裂修復(fù)過(guò)程中激活堿基切除修復(fù)通路進(jìn)而產(chǎn)生DNA雙鏈斷裂，從而產(chǎn)生非靶向的隨機(jī)堿基插入或缺失（insertions/deletions, indels）?；谏鲜鰴C(jī)制研究，研究人員提出了利用雙鏈寡聚核苷酸或者雙鏈質(zhì)粒DNA作為修復(fù)模版、以及抑制內(nèi)源APOBEC的策略來(lái)提高CRISPR/Cas9編輯的保真度和精確性。陳佳教授長(zhǎng)期從事DNA損傷修復(fù)的機(jī)制研究，在此項(xiàng)最新的研究中,他闡明了APOBEC在CRISPR/Cas9引起的基因組DNA斷裂修復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生突變的分子機(jī)制，并據(jù)此成功開(kāi)發(fā)出了增強(qiáng)型的基因組堿基編輯系統(tǒng)（Wang et al., 2017,Cell Research），實(shí)現(xiàn)了更高精度和更高效率的堿基編輯。

該論文中，陳佳研究組2014級(jí)碩博連讀研究生雷麗群、南京醫(yī)科大學(xué)/溫州醫(yī)科大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)研究生陳紅全、楊力研究組研究助理薛尉等為共同第一作者，陳佳、楊力、沈彬?yàn)楣餐ㄓ嵶髡?，上科大為第一完成單位。研究得到了我校生命學(xué)院黃行許教授研究組、莊敏教授研究組、南京醫(yī)科大學(xué)沙家豪教授研究組和溫州醫(yī)科大學(xué)高基民教授研究組的幫助，并得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、上海市科委和上科大科研啟動(dòng)基金的支持。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41594-017-0004-6

a，APOBEC在以單鏈寡聚核苷酸為修復(fù)模版的同源重組修復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生堿基替換突變。

b，APOBEC在Cas9切刻酶D10A引起的單鏈斷裂修復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生indel突變。