北京
3月25日，上海科技大学生命科学与技术学院陈佳团队在 Nature Biotechnology 期刊发表论文，他们揭示了线粒体DNA腺嘌呤碱基编辑器TALEDs的工作机制，并研发出一系列增强型工具（eTALED6s），显著提升了编辑效率与精准度，为线粒体疾病治疗提供了新工具。
线粒体作为细胞的“能量工厂”，在产生三磷酸腺苷（ATP）中起着至关重要的作用。线粒体拥有自己独立的DNA（线粒体DNA，mtDNA），它编码线粒体功能所需的特定基因。与核DNA相比，由于在氧化磷酸化过程中会产生大量的活性氧，mtDNA更容易发生突变。其中大多数突变都是碱基替换，会导致各种线粒体遗传性疾病，如Leber遗传性视神经病变（LHON）、Leigh综合征和线粒体脑肌病、乳酸酸中毒和中风样发作（MELAS）等。
在已知疾病相关的碱基替换中，超过40%是G-to-A/C-to-T突变，可通过A-to-G碱基编辑恢复。尽管基于CRISPR的碱基编辑系统已被广泛用于核基因组DNA中，但由于引导RNA（gRNA）难以递送至线粒体，尚未有效应用于mtDNA中。近期，转录激活因子样效应物（TALE）连接的脱氨酶（TALEDs）被报道，包括TALE阵列、双链DNA（dsDNA）特异性胞苷脱氨酶（DddA）和单链DNA特异性腺苷脱氨酶（TadA8e）。与mtDNA中DddA介导的C-to-T编辑不同，TALEDs实现A-to-G编辑的详细机制尚未完全清楚。
本研究构建了多个BER相关基因的敲除细胞株，结合体外脱氨实验发现TALEDs并非直接在双链DNA上进行A-to-G编辑，而是依赖DddA诱导C-to-U的脱氨反应，触发线粒体碱基切除修复（BER）过程。TALED中的DddA首先介导了C-to-U的脱氨，体内的尿嘧啶糖苷酶会进一步切除所产生的尿嘧啶（U），形成碱基缺乏（AP）位点，含有AP位点的DNA单链被APE1催化切割或自发断裂，产生DNA单链断裂（SSB）。SSB被核酸外切酶hMGME1进一步加工形成单链DNA（ssDNA），TALED中的TadA8e以ssDNA为底物介导A-to-I的脱氨反应，并在随后的修复过程中完成A-to-G的编辑（图1）。
图1. TALED工作机制示意图
本研究利用BER开发了一系列增强型TALEDs (eTALED6s)，显著提高了TALEDs在靶向位点处的编辑效率。通过对腺嘌呤脱氨酶TadA8e进行工程化改造，使得TALEDs在转录组水平上的脱靶突变显著降低，同时还缩小了编辑窗口，减少了旁观者效应，显著提高了编辑产物纯度。研究还使用esTALED6和工程化的esTALED6R在线粒体基因组中模拟了与Leigh综合征和MELAS相关的致病突变m.A13514G（图2），通过测量氧耗率（OCR），证实eTALEDs成功诱导了预期的线粒体功能异常。
图2. sTALED、esTALED6和esTALED6R和在线粒体基因组m.13514位点处介导的编辑效率（上），编辑产物纯度（中）以及转录组脱靶数量（下）
总结来说，这项研究不仅填补了TALED分子机制研究的空白，还在分子机制研究的基础上进一步构建了一系列精准、高效、低脱靶的新型线粒体腺嘌呤碱基编辑工具，使其在线粒体疾病模型构建、遗传修复和相关基础研究中具有广泛的应用前景。
备注：本文转载自“上海科技大学”，原标题： 生命学院陈佳组构建高效精准的线粒体腺嘌呤碱基编辑器 ，文章略有改动。
医药魔方Pro
洞察全球生物医药前沿趋势
赋能中国源头创新成果转化
媒体合作：15895423126
Copyright © 2025 PHARMCUBE. All Rights Reserved.
欢迎转发分享及合理引用，引用时请在显要位置标明文章来源； 如需转载，请给微信公众号后台留言或发送消息，并注明公众号名称及ID。
免责申明：本微信文章中的信息仅供一般参考之用，不可直接作为决策内容，医药魔方不对任何主体因使用本文内容而导致的任何损失承担责任。
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
