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华东师大团队研发超高活性基因编辑器 或有助地中海贫血治疗

澎湃新闻 2020-05-12 16:14 大字

“基因超级编辑器”为疾病建模和基因治疗提供有效工具。

经过两年多攻关,华东师范大学李大力课题组研发出系列超高活性胞嘧啶碱基编辑器(hyCBE),这一系列新的基因编辑技术针对碱基突变引起的遗传疾病,展示出基因治疗的巨大潜力。该研究于5月11日在国际著名学术期刊Nature Cell Biology发表。

“这一组碱基编辑系列新工具,在实现更高编辑效率和更宽编辑窗口的同时,仍然保持了其精准的工作性能。”课题组首席科学家李大力说。

李大力团队(右为李大力)   华东师范大学供图

新编辑器精确性显著提高

该研究将Rad51蛋白的单链DNA结合结构域融合到Cas9与脱氨酶之间,极大地提高了胞嘧啶碱基编辑器(CBE)的编辑活性,拓宽编辑窗口,因此将其命名为超高活性CBE(hyBE4max);类似地还改造出具有更宽的编辑窗口和更高活性的hyA3A-BE4max,以及能更高效识别TC碱基模块中的C(胞嘧啶)而不引起其他C突变的hyeA3A-BE4max。

“以hyeA3A-BE4max为例,在所检测的靶点中,特定位点的编辑活性最高提高了257倍。”李大力说,“通过胚胎显微注射,能在胚胎中精确改变单个碱基,直接获得杜氏肌营养不良(DMD)小鼠模型,平均效率提高了近60倍。”

除了能快速精确构建遗传疾病动物模型,hyeA3A-BE4max在β地中海贫血的治疗中也展现了显著的优势,实现真正单个碱基的突变,体外实验证明有更好的治疗效果。一系列严格的实验表明,这一新编辑器具有非常高的精确性,没有检测到明显的DNA和RNA脱靶,证明了新编辑工具用于基因治疗的巨大潜力。

同行评价:为基因治疗提供了有效工具

在与研究结果同期发布的期刊评论中,美国威尔康奈尔医学院癌症生物学家以《Base editing goes into hyperdrive》为题,指出这项 ““超级编辑器”为疾病建模和基因治疗提供了有效工具。”

评论认为,李大力实验室的工作丰富了BE工具箱,扩展了应用范围,并证明了这些新工具具备更高效率和更宽范围的碱基突变能力,在动物疾病模型中精确的错义突变也显示其治疗潜力。

“新型超级编辑器除了可应用于模型制作和疾病治疗,还可以帮助我们提高BE工具技术性改造的认知以及获取决定编辑效率的因素,这将为新工具研发提供合理性的设计指导,进一步推动基础研究和临床转化的发展进程。”该评论文章说。

华东师大团队在基因治疗领域发力前行

基因编辑技术是近年来最为火热的分子生物学技术之一。

华东师大生命科学学院刘明耀、李大力课题组于2013年在国际上率先建立了大鼠和小鼠胚胎的Cas9基因编辑技术,将基因修饰动物构建的时间由传统方法的18个月缩短到5周左右,解决了基因治疗研究中必不可少的疾病模型构建的问题。随后利用Cas9技术修复了动物模型中的单个碱基突变,治愈了B型血友病,证明其在遗传疾病治疗中的潜力。然而,Cas9技术精确修复碱基突变的效率非常低,只有1%左右,很难在更多的疾病治疗中推广。

2016年美国科学家开发的CBE技术,能在不产生DNA双链断裂的前提下,直接将目的片段一定范围内的胞嘧啶转化成胸腺嘧啶,实现C/G碱基对向T/A碱基对的转换。今年年初,华东师大团队发表论文,成功地利用CBE技术建立了人类造血干细胞单碱基编辑技术体系,证明CBE有治疗β地中海贫血的潜力,但存在编辑效率偏低、精准度有限等阻碍临床应用的问题。

“我们研发的超高活性碱基编辑技术基本解决了上述问题,有望成为遗传疾病治疗的首选碱基编辑器。”李大力说。

据介绍,华东师大生命科学学院博士研究生张晓辉,硕士研究生陈亮和博士研究生朱碧云为该研究的共同第一作者,华东师范大学为第一作者单位,李大力教授为本文通讯作者,刘明耀教授对本课题给予了悉心指导。该研究受到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金以及上海市教委重大项目等经费的支持。(本文来自澎湃新闻,更多原创资讯请下载“澎湃新闻”APP)

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