5月11日，華東師範大學生命科學學院李大力課題組在《自然—細胞生物學》上發表論文，介紹了最近開發的超高活性胞嘧啶鹼基編輯器（hyCBE）。該鹼基編輯新工具的開發，有望為基因治療提供自主研發的新工具，提升遺傳疾病基因療法精準性和長效性。
據 ClinVar 數據顯示，人類的遺傳病中58%是由於單個鹼基突變引起的。雖然Cas9激活的同源重組可以實現對突變位點的精確修正，但效率非常低（ 0.1%~5%），嚴重阻礙了其應用。
而通過將胞嘧啶脫氨酶與nickase Cas9（D10A）融合而成的胞嘧啶鹼基編輯器BE3（CBE）， 在不引入 DNA 雙鏈斷裂同時也不需要重組修復模板的情況下，對編輯窗口（距離PAM遠端起的第4-7位）內的胞嘧啶脫氨，實現C>T的鹼基轉換，具有更加安全、高效、精準的特點，在基因治療、農作物遺傳育種、藥物篩選等領域展示了廣泛的應用前景。
自CBE被發明以來，多種策略對其進行了優化改進，雖然這些方法一定程度上提高了CBE的活性，但是對於編輯窗口的影響不大，特別是更靠近PAM序列的鹼基仍然很難被編輯到。因此，是否有新的策略可以提高編輯活性而又能擴增靶向鹼基的範圍，一直是鹼基編輯器優化的難點。
CBE主要是以單鏈DNA（ssDNA）為底物，如果增強脫氨酶與ssDNA的結合能力，是否能增加脫氨酶作用時間而增強活性呢？研究團隊將10個非序列特異性的ssDNA結合結構域（ssDBD）與CBE進行融合，通過篩選，發現將Rad51蛋白的ssDBD融合到APOBEC1與Cas9n之間能顯著提高鹼基編輯活性，同時編輯窗口也大幅增加。通過10個靶點的分析，研究人員發現，在編輯窗口C4—C8中，hyBE4max比BE4max活性提高了1.5~2倍，而在C9—C15這些更靠近PAM的鹼基中，活性最多提高了18倍。
為了驗證融合ssDBD的策略是否具有通用性，研究人員用類似的方法改造A3A—BE4max和特異性識別TC motif中C鹼基的eA3A—BE4max， 獲得了hyA3A—BE4max 和 hyeA3A—BE4max。大量實驗證明，相比A3A—BE4max，hyA3A—BE4max活性在C3—C11位點提高了1.2~2倍，C12—C17位點活性提高3~4倍，通過小鼠胚胎顯微注射也進一步證明其編輯更靠近PAM序列的鹼基的獨特優勢。與eA3A—BE4max 相比，hyeA3A—BE4max仍然能非常特異性地靶向TC motif中的C，編輯窗口由C4—9拓展為C4—15，活性最高提高了 257倍，而在小鼠胚胎中C13位的編輯活性也提高了近60倍，F0代小鼠獲得DMD純合點突變的效率達到40%。
論文進一步驗證了hyCBEs特別是hyeA3A沒有檢測到DNA或者RNA層面的脫靶，具有非常高的精準性。
最後，通過比較多種CBE在編輯胎兒血紅蛋白（HBG1/2）啟動子—117位點的能力發現，hyeA3A能在紅細胞前體細胞系中精確催化—117G>A的轉換，而與周圍同時發生鹼基突變的細胞相比，具有更高的HBG表達水平，展示了 hyeA3A—BE4max 對於精準治療β—血紅蛋白病的巨大潛力。
該工作開發了能提高編輯活性拓寬靶點範圍的一些列新的CBE，為基礎研究與基因治療提供了新的優化工具。
該研究得到了科技部重點研究發計劃、國家自然科學基金以及上海市教委重大項目等經費的支持。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41556-020-0518-8
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