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Cell Res:中科院马普计算生物所杨力研究组开发增强型基因组碱基编辑器

摘要 : 2017年8月29日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Cell Research》杂志在线发表了中国科学院-马普计算生物学研究所杨力研究组与上海科技大学陈佳研究组、杨贝副研究员开展合作研究的一篇研究论文,研究组利用共表达尿嘧啶糖苷酶抑制剂(uracil DNA glycosylase inhibitor, UGI)的方法,开发了一种基于碱基编辑器3(base editor 3, BE3)的增强型碱基编辑器(enhanced base editor, eBE)

2017年8月29日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Cell Research》杂志在线发表了中国科学院-马普计算生物学研究所杨力研究组与上海科技大学陈佳研究组、杨贝副研究员开展合作研究的一篇研究论文,研究组利用共表达尿嘧啶糖苷酶抑制剂(uracil DNA glycosylase inhibitor, UGI)的方法,开发了一种基于碱基编辑器3(base editor 3, BE3)的增强型碱基编辑器(enhanced base editor, eBE),实现了更高准确度的基因组单碱基编辑。研究成果题为“Enhanced base editing by co-expression of free uracil DNA glycosylase inhibitor”。杨力研究组研究助理薛尉和上科大2015级研究生王丽洁、严磊作为共同第一作者,陈佳教授、杨力研究员和杨贝副研究员为共同通讯作者。

杨力研究员长期从事组学系统生物学和计算生物学研究。近年內兴起的CRISPR/Cas9基因编辑技术利用可设计的Cas9核酸酶通过碱基插入、缺失或替换等方式,对生物体基因组DNA特定片段进行改造,进而实现对靶基因的编辑。传统的CRISPR/Cas9基因编辑技术虽然具有较高的基因敲除效率,但其在执行碱基替换(对譬如基因突变进行矫正)的效率通常很低,这也限制了CRISPR/Cas9基因编辑工具从科研向应用的全面转化。近期发展出的碱基编辑(base editing)系统,由CRISPR/Cas9和APOBEC胞嘧啶脱氨酶两个独立的体系整合而成,可在基因组靶向位点实现由胞嘧啶(cytosine, C)向胸腺嘧啶(thymine, T)的编辑改造(Komor et al., 2016, Nature)。其中,BE3虽然实现了较高的C至T编辑效率,但是也伴随着较高水平的非目的性碱基插入或缺失(insertion/deletion, indel)和C至A或G的编辑副产物,这些都显著地降低了碱基编辑器在基础研究和临床上的深入应用。在这项最新的研究中,科研人员在前期对BE3导致非目的性突变机制探索的基础上,利用共表达UGI的方法,成功开发出了增强型基因组碱基编辑器-eBE。利用多种UGI与BE3共表达的策略,eBE实现了更高精度和更高效率的碱基编辑,为碱基编辑技术在基础研究及未来临床领域的深入应用提供了新方法和新思路。

原文链接:

Enhanced base editing by co-expression of free uracil DNA glycosylase inhibitor

原文摘要:

base editors (BEs) have been recently developed by combining the APOBEC (apolipoprotein B mRNA editing enzyme, catalytic polypeptide-like)/AID (activation-induced deaminase) cytidine deaminase family members1 with the CRISPR/Cas9 system to perform targeted C-to-T base editing2, 3, 4, 5,6,7,8. Mechanistically, Cas9 variant-fused APOBEC/AID is directed to target site by sgRNA, introducing C-to-T substitution at the single-base level2,3,4. Compared to earlier generations of BEs (BE1 and BE2), the latest BE3 achieved much higher base editing frequencies by substituting catalytically-dead Cas9 (dCas9) with Cas9 nickase (nCas9)2. Because BEs achieve gene corrections without introducing DNA double-strand breaks (DSBs), unwanted indels converted from DSBs through non-homologous end joining (NHEJ) were thought to be excluded in base editing. However, non-negligible levels of indels (~4%-12% in published cases2,3) were still observed in BE3-mediated base editing. In addition, unwanted non-C-to-T (i.e., C-to-A or C-to-G) substitutions were observed, and the frequencies of C-to-A/C-to-G substitutions could be as high as that of C-to-T substitution in some examined cases5. The existence of unwanted indels and C-to-A/C-to-G substitutions compromises the fidelity of base editing outcome.

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