10月22日，國際一流學術期刊Nature Protocols（2014年度影響因子：9.673）在線發表了我校免疫化學研究所（SIAIS）抗體化學實驗室的最新研究成果「Efficient delivery of nuclease proteins for genome editing in human stem cells and primary cells」。
在這篇論文中，副研究員劉佳及其同事報導了基於核酸酶蛋白質的基因編輯新技術。和傳統方法相比，新技術將蛋白質運輸進細胞直接進行基因編輯，能使核酸酶快速發揮活性，並減少基因組DNA暴露在核酸酶中的時間，從而在實現高效靶向基因編輯的同時，降低基因編輯的細胞毒性及「脫靶」效應。這項新技術將對基因編輯用於臨床治療起到顯著的推動作用。
位點特異性核酸酶是高效的基因編輯工具，三種核酸酶技術（ZFN、TALEN、CRISPR/Cas9）的出現和發展為生物科學研究帶來了重要變革，同時也為基因相關疾病的治療提供了新思路。但是，要使基因編輯技術得到更廣泛的應用，特別是用於臨床治療，則需要安全、高效的方法將核酸酶運輸進細胞內。傳統方法中，核酸酶是以DNA或mRNA形式被運輸到細胞中，然後依靠細胞自身的轉錄、翻譯機器產生有活性的核酸酶蛋白質。
基於核酸酶蛋白質的基因編輯技術由斯克利普斯研究所（The Scripps Research Institute）的Carlos F. Barbas III（已故）研究組率先報導。Barbas教授生前是我校免疫化學研究所的特聘教授。
文章通訊作者、並列第一作者（排在第一）劉佳副研究員在Barbas實驗室進行博士後研究期間對此技術進行了優化及拓展。「同很多重大的研究發現類似，這個技術是在一次組會集體討論過程中碰撞出的火花，」劉副研究員回憶到，「結果令人沒有想到的是，當用ZFN進行測試時發現，這個蛋白質自身就能高效穿過細胞膜並對基因組進行高效基因編輯」。
他在後續研究中對ZFN進行了蛋白質工程改造，使其在CD4+ T細胞中的基因編輯效率得到大幅提升，期望這項技術能用於愛滋病的基因治療。他還發明了一種新方法用於將TALEN蛋白質運送到細胞中，這種方法通過化學偶聯將細胞穿膜肽共價連接到TALEN蛋白質上，賦予其穿膜能力。他還將繼續研發此項技術，希望能實現對TALEN核酸酶的細胞特異性運輸。和前兩者不同，Cas9核酸酶及其單鏈RNA（sgRNA）的複合物則是通過核轉染方式運輸到細胞中。
在這篇最新報導中，劉副研究員及其同事用ZFN和Cas9核酸酶蛋白質在CD4+ T細胞和胚胎幹細胞中分別實現了25%及33%的基因編輯效率。「通過進一步優化，我們現在已能在CD4+ T細胞和胚胎幹細胞中分別實現39%及65%的基因編輯效率」，他補充道。高效的靶向基因編輯及顯著提高的安全性使得核酸酶蛋白質成為精準基因編輯的有效工具。
本研究的合作單位包括美國斯克利普斯研究所、韓國首爾基礎科學研究所、義大利Edmund Mach基金會、韓國首爾國立大學。
文章連結：Efficient delivery of nuclease proteins for genome editing in human stem cells and primary cells
(DOI:10.1038/nprot.2015.117)
三種核酸酶蛋白質運輸入細胞的模式
我校作者合影。左起：2013級研究生王楠（第四作者）、副研究員劉佳（通訊作者、並列第一作者）、
博士後楊異鳳（第三作者）、2014級研究生水賽蘭（第五作者）