文献分享 | Nature子刊：新型碱基编辑器，可直接高效编辑T和C

Release Time: 2024-06-14

碱基编辑器（base editor，BE）能够高精度和高效编辑单个碱基，为生命科学和医学领域提供了强大的基因编辑工具。

目前已有两类DNA碱基编辑器，分别是基于脱氨酶的碱基编辑器（dBE）和非脱氨酶依赖的基于糖基化酶的碱基编辑器（gBE），前者包括ABE、CBE、DdCBE、A&C-BEmax、AYBE、AXBE/ACBE和CGBE等等，它们都需要对A或C进行脱氨基。后者包括杨辉/童华威等人开发的基于糖基化酶的鸟嘌呤碱基编辑器（gGBE）。

到目前为止，dBE和gGBE可以直接编辑腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）或鸟嘌呤（G），但目前还没有直接编辑胸腺嘧啶（T）的碱基编辑器。T由于不含氨基，因此不可能通过脱氨基的方式进行碱基转换，这使得胸腺嘧啶碱基编辑器（TBE）的发展仍然面临挑战。

2024年6月8日，辉大基因杨辉、周英思（现为中国科学院上海药物所研究员）、童华威（现为中国科学院上海药物所研究员）等在Nature Communications 期刊发表了题为：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。

该研究开发了一种不依赖脱氨酶的、基于糖基化酶的胸腺嘧啶碱基编辑器（gTBE），以及一种不依赖脱氨酶的、基于糖基化酶的胞嘧啶碱基编辑器（gCBE），gTBE用于直接编辑胸腺嘧啶（T），gCBE用于直接编辑编辑胞嘧啶（C）。该研究还进一步在人类细胞和小鼠胚胎中靶向数十个内源性基因组位点，表征gTBE和gCBE的编辑特性，证明它们的碱基编辑的高效性。

在这项研究中，研究团队将Cas9切口酶（nCas9）与工程化人尿嘧啶DNA糖基化酶（UNG）变体融合，开发了两种新型碱基编辑器，分别是直接编辑胸腺嘧啶（T）的gTBE和直接编辑胞嘧啶（C）的gCBE。

通过在培养的人细胞中对人尿嘧啶DNA糖基化酶（UNG）进行多轮基于结构信息的理性诱变，研究团队获得了比野生型UNG更高的胸腺嘧啶（T）编辑和胞嘧啶（C）编辑活性的UNG变体，从而获得了具有高活性的T-to-S编辑（T-to-C或T-to-G）的gTBE和C-to-G编辑的gCBE。

此外，研究团队还将gTBE/gCBE与最近报道的使用蛋白质工程策略开发的类似的碱基编辑器【2、3】进行了平行比较，发现gTBE/gCBE表现出优异的性能。

总的来说，该研究基于同一个人尿嘧啶DNA糖基化酶（UNG）开发出了两种新型碱基编辑器——gTBE和gCBE，可用于直接编辑胸腺嘧啶（T）和直接编辑胞嘧啶（C），扩大了碱基编辑器的目标范围。该研究表明结构指导的理性设计是一种高效的蛋白质工程策略，为后续其他蛋白质的进化提供了参考和解决方案。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-49343-5

来源：生物世界

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