上海
撰文丨王聪
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
碱基编辑（base editing，BE），是Broad研究所刘如谦（David Liu）教授于2016年开发的一类基于CRISPR的精准基因编辑技术。与CRISPR-Cas9不同的是，碱基编辑可以在不切割DNA双链的情况下实现对单个碱基的精准编辑，因此，被认为是更安全的基因编辑方式，并已在临床上展示了对人类遗传疾病和癌症的治疗潜力。
碱基编辑通常使用可编程的DNA结合蛋白（例如nCas9）与脱氨酶（deaminase）进行融合，但脱氨酶可能导致非Cas9依赖的DNA或RNA脱靶，从而带来潜在安全性问题，还会对碱基编辑类型带来限制。
2024年1月1日，辉大基因杨辉、童华威等人在预印本平台bioRxiv上发表了题为：Development of deaminase-free T-to-S base editor and C-to-G base editor by engineered human uracil DNA glycosylase 的研究论文 【1】 。
该研究通过将Cas9 nickase（nCas9）与工程化人源尿嘧啶DNA糖基化酶（UNG） 突变体融合，开发了 两种不依赖脱氨酶的新型碱基编辑器——gTBE和gCBE，极大地拓宽了碱基编辑器的靶向范围。
DNA碱基编辑器可以实现腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）或鸟嘌呤（G）的直接编辑，但目前还没有直接编辑胸腺嘧啶（T）的碱基编辑器。
在这项研究中，研究团队开发了 基于 糖基化酶的胸 腺嘧啶碱基编辑器——gTBE，具有直接T编辑的能力，可实现高达81.5%的T碱基编辑效率，在培养的人类细胞中，可实现97%的T-to-S（T-to-C或T-to-G）的碱基颠换编辑效率。基于这一策略，该研究还开发了基于糖基化酶的胞嘧啶碱基编辑器——gCBE，能够直接编辑C碱基。
在人类中，约19%的致病性单核苷酸多态性（SNP）可以通过T-to-G颠换进行纠正。 gTBE和GCBE可以通过打破PAM序列的限制和窄编辑窗口，极大地拓宽碱基编辑器的靶向范围。
值得一提的是，2024年1月2日，中国科学院天津工业生物技术研究所毕昌昊团队和张学礼团队合作，在Nature Biotechnology期刊发表了题为：Glycosylase-based base editors for efficient T-to-G and C-to-G editing in mammalian cells 的研究论文 【2】 。
该研究通过定向进化改造人源尿嘧啶糖基化酶（UNG） ，获得了 胞嘧啶-DNA糖基化酶 （CDG4） 和 胸腺嘧啶-DNA糖基化酶 （TDG3） ，然后将它们分别与nCas9融合，构建了DAF-CBE和DAF-TBE这 两种碱基编辑器。
这两种不依赖脱氨酶（deaminase-free，DAF） 的新型碱基编辑器 分别在大肠杆菌中实现C-to-A、T-to-A的碱基颠换编辑，在哺乳动物细胞中实现C-to-G、T-to-G的碱基颠换编辑。
论文链接：
1. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.01.01.573809v1
2. https://www.nature.com/articles/s41587-023-02050-w
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