文献分享丨“九合一”基因编辑神器BDBE，可精确模拟疾病MNV突变

Release Time: 2024-11-08

MNV (多核苷酸变异)是指同一单倍型^[1]上存在两个或更多的SNV(单核苷酸变异)，MNV与多种人类遗传疾病和癌症密切相关。

根据gnomAD数据库分析，约有1,792,248个MNV分布在人类基因组中，相邻CA二核苷酸突变产生的MNV约占367,982个，是最常见的MNV类型之一。

测序和生物信息学分析的技术限制导致MNV常被误认为独立的SNV。现有的基因编辑工具主要针对单碱基编辑，通过Cas9和供体DNA模板进行同源重组效率低，现有的双功能碱基编辑器只能产生有限类型的双核苷酸突变。

单碱基编辑工具已经相对成熟，如：CBE (C-to-T)、ABE (A-to-G)、GBE/CGBE (C-to-G)、AYBE (A-to-Y)、gGBE (G-to-Y)、DAF-TBE (T-to-S)。

现有的双功能编辑工具存在局限，只能实现C-to-T和A-to-G转换或仅能将CA转换为TG、GG和AG，无法产生其他六种类型的双核苷酸突变。

2024年10月25日，Journal of Genetics and Genomics（IF：6.6）在线发表了广州医科大学附属第三医院范勇团队和中国科学院广州生物医药与健康研究院赖良学团队合作的最新研究成果：“A-to-G/C/T and C-to-T/G/A dual-function base editor for creating multi-nucleotide variants”，为了解决上述提到的双功能编辑工具的问题，作者开发了一种新型的双功能碱基编辑器BDBE（A-to-B and C-to-D base editor），在相邻的CA二核苷酸位点可产生9种不同的双核苷酸产物（AC, AG, AT, GC, GG, GT, TC, TG, TT）。

作者将TadA-dual双功能脱氨酶和工程化的人MPG糖基化酶(eMPG)整合到nCas9(D10A)中，构建了BDBE4，和其他类型的BDBE相比表现最好。

BDBE4可以同时实现A-to-G/C/T和C-to-T/G/A的碱基转换，在多种人类细胞系中都表现出良好的编辑效率，具有较低的脱靶效应。

在实际应用方面，BDBE成功模拟了gnomAD数据库中16个源自CA突变的MNV(多核苷酸变异)，在ADAM21位点实现了高达18.38%的CA-to-GT转换效率，为研究MNV相关遗传疾病提供了有效工具。

开发BDBE过程中的关键优化

选择了不同的脱氨酶进行测试，并且加入了eMPG。（图1）

传统双功能编辑器主要实现A-to-G转换，难以实现A-to-C/T转换，导致产物类型有限。因为哺乳动物细胞中缺乏高效去除脱氨产物肌苷(I)的酶，肌苷主要被读作鸟嘌呤(G)，导致A主要转换为G。eMPG能高效识别和切除DNA中的肌苷，在A被脱氨为I后，快速将I切除，切除I后形成脱碱基位点(AP位点)，通过错误倾向的转录后DNA合成(TLS)修复，可随机插入C/T/G，增加产物多样性。