2020年6月30日，中科院上海營養(yǎng)與健康研究所楊力與上?？萍即髮W(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院陳佳教授，應(yīng)邀在國際知名學(xué)術(shù)期刊《Trends in Biochemical Science》上發(fā)表題為“A Tale of Two Moieties: Rapidly Evolving CRISPR/Cas-Based Genome Editing”的綜述論文，從全新的角度對CRISPR/Cas基因組編輯技術(shù)的創(chuàng)建和應(yīng)用進(jìn)行全面總結(jié)，并對該領(lǐng)域未來可能的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。
人類基因組DNA蘊(yùn)含了人類生命活動所必需的遺傳信息，與人類的健康息息相關(guān)，而基因組DNA的異常（包括堿基突變等）則能夠?qū)е氯祟惣膊〉陌l(fā)生。利用基因組編輯技術(shù)則可以通過糾正基因組中的異常DNA進(jìn)而達(dá)到治療人類遺傳疾病的目的。通常情況下，基因組編輯系統(tǒng)需要兩個主要的構(gòu)造組分來實現(xiàn)精準(zhǔn)的基因組DNA編輯，一個識別基因組DNA特定位置的定位子（locator）和一個對特定基因組DNA進(jìn)行催化操作的操作子（effector）。例如，早期的基因組編輯系統(tǒng)ZFN和TALEN，分別是將ZF或TALE作為locator與Fok IDNA內(nèi)切酶作為effector結(jié)合，可以對基因組DNA進(jìn)行操作。近年來，利用細(xì)菌的CRISPR/Cas免疫系統(tǒng)發(fā)展起來的新一代基因組編輯技術(shù)在基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用研究方面都取得了一系列革命性的突破。CRISPR/Cas本身既具有與基因組DNA相結(jié)合的locator結(jié)構(gòu)域，也具有切割基因組DNA序列的effector結(jié)構(gòu)域，其操作簡便、準(zhǔn)確度和編輯效率高，因此在生物醫(yī)學(xué)研究中被廣泛應(yīng)用。更為重要的是，近些年來，研究人員將CRISPR/Cas基因編輯酶（如CRISPR/Cas9、CRISPR/Cas12a、CRISPR/Cas13等）與核酸脫氨編輯酶（如胞嘧啶脫氨酶APOBEC/AID、腺嘌呤脫氨酶突變體TadA或ADAR等）和反轉(zhuǎn)錄酶（如莫洛尼氏鼠白血病毒反轉(zhuǎn)錄酶MMLV）整合發(fā)展出的堿基編輯系統(tǒng)（Base??Editor, BE）和導(dǎo)向編輯系統(tǒng)（PrimeEditor，PE），可在單堿基水平實現(xiàn)精準(zhǔn)高效的靶向性基因編輯。在該綜述論文中，楊力研究員和陳佳教授主要對基于CRISPR/Cas的新型編輯系統(tǒng)的創(chuàng)建和應(yīng)用進(jìn)行了詳盡的梳理；結(jié)合其在糾正人類疾病相關(guān)突變的應(yīng)用對這些新型編輯系統(tǒng)的優(yōu)、缺點進(jìn)行了總結(jié)；針對這些編輯系統(tǒng)潛在的基因組和轉(zhuǎn)錄組突變機(jī)制進(jìn)行了探討，并提出了未來可能的解決方案。
楊力研究員長期從事計算生物學(xué)和基因編輯新技術(shù)研究。其研究組近期與上?？萍即髮W(xué)陳佳教授團(tuán)隊等開展合作，闡明了APOBEC在CRISPR/Cas9引起的基因組DNA斷裂修復(fù)過程中產(chǎn)生突變的分子機(jī)制（ Lei et al., 2018, Nat Struct Mol Biol ）；已成功創(chuàng)建四個系列十多種新型堿基編輯系統(tǒng)，包括可降低副產(chǎn)物的eBE系統(tǒng)（ Wang et al., 2017, Cell Res ）、可在高GC區(qū)域和高甲基化區(qū)域進(jìn)行高效堿基編輯的普適型hA3A-BE系統(tǒng)（ Wang et al., 2018, Nat Biotechnol ）、可在A/T富集區(qū)域進(jìn)行堿基編輯的dCpf1-BE（dCas12a-BE）（ Li et al., 2018, Nat Biotechnol ）系統(tǒng)和只激活本底水平DNA損傷響應(yīng)通路的BEACON系統(tǒng)（ Wang et al., 2020, Cell Rep ）、并對已報道的一系列堿基編輯系統(tǒng)開展效率比較和潛在應(yīng)用分析研究（ Wang et al., 2019, Genome Biol ）。在研究過程中，楊力研究組和合作團(tuán)隊還報道了利用堿基編輯系統(tǒng)進(jìn)行人類遺傳突變糾正的預(yù)測系統(tǒng)BEable-GPS（Base Editable prediction of GlobalPathogenic SNVs, http://www.picb.ac.cn/rnomics/BEable-GPS）和預(yù)測全轉(zhuǎn)錄組RNA編輯的計算分析流程RADAR（RNA-editing analysis pipeline to decode alltwelve types of RNA-editing events, https://github.com/YangLab/RADAR），也受邀發(fā)表一系列基因編輯相關(guān)的評論和綜述論文（ Yang et al., 2019, CRISPR J; Chen et al., 2019, Nat Biotechnol; Yang et al., 2019, Cell ）。（科技處）
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S096800042030150X
Figure 1. Cas9nickase作為locator和核酸脫氨編輯酶或逆轉(zhuǎn)錄酶作為effector相結(jié)合構(gòu)成一系列高效的基因組新型堿基編輯系統(tǒng)。
A, Cas9nickase與胞嘧啶脫氨酶結(jié)合介導(dǎo)C-to-T堿基編輯。B, Cas9 nickase與腺嘌呤脫氨酶突變體結(jié)合介導(dǎo)A-to-G堿基編輯。C, Cas9 nickase與胞嘧啶脫氨酶和腺嘌呤脫氨酶突變體結(jié)合同時介導(dǎo)C-to-T和A-to-G堿基編輯。D, Cas9 nickase與逆轉(zhuǎn)錄酶結(jié)合介導(dǎo)任意的堿基變化、小片段的堿基插入或缺失等。
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