杨辉、陈子江等联合发布人分裂期胚胎介导高效的单碱基编辑系统

来源：BioArt

原标题：Genome Biology丨杨辉、陈子江等联合发布人分裂期胚胎介导高效的单碱基编辑系统

传统的 CRISPR/Cas9 诱导双链断裂 (DSB) 可以通过同源定向修复 (HDR) 来解决, 并被用来引入或纠正特定基因组位点的点突变。然而, DSB会频繁地通过非同源重组修复 (NHEJ)途径来修复DNA, 导致额外的缩进突变（Indel）, 而外源模板介导的 HDR 效率在人类合子中相当低, 从而限制了其治疗应用。最近, 一些研究报道, 单碱基编辑 (Base editor) 允许 t•a 至 c•g 或 c•g 至 t•g 转换, 提供了一种强大而安全的方法来诱导特定的点突变, 或者更重要的是纠正由单一基因遗传疾病引起的单基因遗传病。但人类胚胎的单碱基编辑效率普遍较低 (低于 30%), 经常导致嵌合体, 限制了目前单碱基编辑在人类胚胎中的应用。

2019年5月23日，中国科学院神经科学研究所（中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心）、上海脑科学与类脑研究中心、神经科学国家重点实验室、中国科学院灵长类神经生物学重点实验室杨辉研究组与上海交通大学仁济医院陈子江教授、俄勒冈健康科学大学Shoukhrat Mitalipov教授研究组合作在Genome Biology发表了一篇名为“Human cleaving embryos enable robust homozygotic nucleotide substitutions by base editors”的研究论文，该研究建立了一种在人早期胚胎中高效实现单碱基编辑的技术。

人类胚胎 (4 ~ 8 细胞阶段) 的合子基因激活 (ZGA) 的发生通常比小鼠胚胎 (2 细胞阶段) 晚, 作者研究了受精后不同时间点人类胚胎中 Base editor的编辑效率。BE3 和 ABE7.10 在2细胞和4细胞时期注射编辑效率远高于中期 ii (mii) 卵母细胞或受精卵注射。相比之下, 在人裂解胚胎中, 联合注射 cas9 mRNA、ssDNA 和相应的 sgRNA 所产生的HDR 效率没有得到提高, 这意味着有针对性Base editor和 HDR 机制不同。通过Base editor在2细胞时期注射, 研究人员发现其以非常高的效率 (91%) 破坏Oct4 功能, 为研究人类胚胎发育中的基因功能提供了一种强有力的方法。

 此外, 他们还通过Base editor纠正了MUT 基因中的杂合 c•a 至 t•g 突变, 该突变可能导致遗传性疾病, 通过直接基础编辑, 效率高达 80%，规避通过HDR途径修复引起Indel的概率。

图1 单碱基编辑器原理及人胚胎单碱基编辑实验流程：(a) 单碱基编辑器示意图。 (b) 不同分裂期人胚胎单碱基编辑实验流程。(c,d,e,f,h,i) 相对于受精卵时期胚胎，人2和4细胞胚胎中不同基因位点的单碱基编辑效率得到显著提高。

据悉，该项工作由上海交通大学仁济医院章美玲，中科院神经所博士研究生周昌阳、魏喻和博士后胥春龙等科研人员，在中科院神经所杨辉研究员, 仁济医院陈子江教授，俄勒冈健康科学大学Shoukhrat Mitalipov教授的共同指导下完成，课题组的其他成员积极参与，并得到了神经所光学平台、仁济医院的大力协助，是众多课题组通力合作的重要成果。

图为论文通讯作者杨辉（左）、Shoukhrat Mitalipov（中）和论文第一作者章美玲（右）

原文链接：

https://doi.org/10.1186/s13059-019-1703-6