2019年4月18日，我校生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院陳佳教授、免疫化學(xué)研究所楊貝副研究員與我校特聘教授、中國(guó)科學(xué)院－馬普計(jì)算生物學(xué)伙伴研究所楊力研究員，應(yīng)邀在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然-生物技術(shù)》（Nature Biotechnology）上發(fā)表題為“To BE or not to BE, that is the question”的新聞與視角（News andViews）評(píng)論文章，介紹了近期發(fā)表在Science和Nature Biotechnology上有關(guān)堿基編輯研究的最新進(jìn)展情況，并展望了未來(lái)堿基編輯領(lǐng)域可能的發(fā)展新方向。

近年來(lái)，利用CRISPR/Cas9 基因編輯系統(tǒng)與核苷脫氨酶整合而發(fā)展出的新型堿基編輯系統(tǒng)（Base Editor, BE），包括可實(shí)現(xiàn)C-to-T編輯的胞嘧啶堿基編輯器（Cytosine Base Editor, CBE）和實(shí)現(xiàn)A-to-G編輯的腺嘌呤堿基編輯器（Adenine Base Editor, ABE），可在單堿基水平實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)高效的基因組定向編輯。這種新型堿基編輯系統(tǒng)，理論上不會(huì)對(duì)基因組DNA造成雙鏈斷裂損傷，且可對(duì)上千種引起人類(lèi)疾病的基因組堿基突變進(jìn)行定點(diǎn)矯正，因而擁有廣泛的臨床應(yīng)用前景。然而，最近發(fā)表在Science雜志上的兩項(xiàng)研究表明，與傳統(tǒng)的Cas9相比，一種早期構(gòu)建的胞嘧啶堿基編輯器BE3可在小鼠胚胎和水稻的基因組中造成比Cas9更多的非特異性突變，且這些非特異突變的產(chǎn)生不依賴(lài)于sgRNA的特異性引導(dǎo)（Zuo et al., 2019, Science; Jin et al., 2019, Science），而相同條件下的腺嘌呤堿基編輯器卻并沒(méi)有產(chǎn)生這些脫靶效應(yīng)（Zuo et al., 2019, Science; Jin et al., 2019, Science; Kim et al., 2019,Nature Biotechnology）。雖然上述發(fā)表的研究中沒(méi)有詳細(xì)報(bào)道BE3造成非特異性突變的機(jī)制，但是該新聞與視角文章推測(cè)BE3中的胞嘧啶脫氨酶可能通過(guò)不依賴(lài)sgRNA介導(dǎo)的胞嘧啶脫氨反應(yīng)造成意外的脫靶效應(yīng)，并相應(yīng)提出一些降低胞嘧啶堿基編輯器非特異性突變的策略，如：通過(guò)替換或改造堿基編輯器中的胞嘧啶脫氨酶實(shí)現(xiàn)可控的脫氨活性或與底物DNA結(jié)合的能力等。最后，文章指出，基于低活性胞嘧啶脫氨酶所構(gòu)建的胞嘧啶堿基編輯器，可能無(wú)法有效介導(dǎo)在組織器官或者體細(xì)胞（如原代血細(xì)胞）中的基因組靶向堿基編輯。因此，如何發(fā)展新策略構(gòu)建低脫靶率的高效堿基編輯系統(tǒng)將成為堿基編輯領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的難點(diǎn)和突破點(diǎn)。

陳佳教授實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期從事DNA修復(fù)以及基因編輯相關(guān)的研究工作，已闡明胞嘧啶脫氨酶APOBEC在CRISPR/Cas9介導(dǎo)的基因編輯過(guò)程中產(chǎn)生突變的分子機(jī)制，并成功創(chuàng)建多種新型堿基編輯系統(tǒng)（Wang et al., 2017, Cell Res; Lei et al., 2018, Nat Struct Mol Biol; Li et al., 2018, Nat Biotechnol; Wang et al., 2018, Nat Biotechnol）。陳佳教授、楊貝副研究員與楊力研究員為該論文的共同通訊作者，上海科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院為論文的第一完成單位。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41587-019-0119-x

a)Cas9介導(dǎo)的基因編輯與其激活的DNA損傷響應(yīng)。

b)BE3在sgRNA依賴(lài)性的靶向位點(diǎn)和脫靶位點(diǎn)介導(dǎo)堿基編輯。

c)BE3在sgRNA非依賴(lài)性的脫靶位點(diǎn)介導(dǎo)堿基編輯。