我校生命学院陈佳教授研究组、黄行许教授研究组与中国科学院－马普计算生物学研究所研究员杨力（我校生命学院特聘教授）研究组通过合作研究，开发出一系列基于CRISPR/Cpf1（Cas12a）的新型碱基编辑器（dCpf1-BE）。北京时间3月20日，相关成果以“Base editing with a Cpf1– cytidine deaminase fusion”为题，在知名学术期刊《自然-生物技术》（Nature Biotechnology）上在线发表。
传统的CRISPR/Cas9基因编辑技术虽然具有较高的基因敲除效率，但在执行碱基替换（譬如对造成遗传性疾病的点突变进行矫正）时效率通常很低，这也限制了CRISPR/Cas9基因编辑的应用。近期，利用将CRISPR/Cas9和APOBEC（胞嘧啶脱氨酶）整合而发展出的新型碱基编辑系统（Base Editor, BE），在单碱基水平（如胞嘧啶向胸腺嘧啶）实现了高效率的基因组靶向编辑改造。这种新型碱基编辑系统理论上可对数百种引起人类疾病的基因组点突变进行定点矫正，因此拥有巨大的临床应用潜力。碱基编辑于2017年被Science评为10大年度科学突破之一，也凸显出该领域的重要性。
目前已报道的碱基编辑系统均是利用Cas9蛋白（主要是Streptococcus pyogenesCas9, SpCas9和Staphylococcus aureusCas9, SaCas9）进行与基因组的靶向性结合，而这种靶向性结合依赖于靶点旁侧的PAM（Protospacer Adjacent Motif）序列。但因为SpCas9和SaCas9蛋白所识别的PAM序列多含鸟嘌呤/胞嘧啶（G/C-rich），因此利用已报道的碱基编辑系统无法在腺嘌呤/胸腺嘧啶富集（A/T-rich）区域进行高效的碱基编辑操作。
在这项最新的研究中，科研人员构建了一系列基于CRISPR/Cpf1蛋白的新型碱基编辑器（dCpf1-BE）。由于Cpf1蛋白可识别富含腺嘌呤/胸腺嘧啶的PAM序列，这种基于Cpf1的新型碱基编辑器实现了在腺嘌呤/胸腺嘧啶富集区域的碱基编辑操作。在拓展编辑区域的同时，基于Cpf1的新型碱基编辑器所产生的编辑副产物也较低，因此具有更高的编辑精准度。这种基于Cpf1的新型碱基编辑器与现有的基于Cas9的碱基编辑器可实现碱基编辑的有效互补，为碱基编辑系统在基础研究及未来临床领域的全面深入应用提供了新方法、拓展了新思路。
陈佳教授长期从事DNA损伤修复机制以及基因编辑相关的研究工作，已阐明APOBEC胞嘧啶脱氨酶在CRISPR/Cas9介导的基因编辑过程中产生突变的分子机制（Lei et al., 2018, Nature Structural & Molecular Biology），并已据此成功开发出增强型Cas9碱基编辑器（Wang et al., 2017, Cell Research）。
该论文中，陈佳研究组2014级硕博连读研究生李潇飒、杨力研究组2015级硕博连读研究生王滢和黄行许研究组2014级硕博连读研究生刘亚京为共同第一作者，陈佳、杨力、黄行许为共同通讯作者，上科大为第一完成单位。该项研究得到了国家自然科学基金委、科技部、上海市科委和上科大科研启动基金的支持。
文章链接：https://www.nature.com/articles/nbt.4102
Cas9碱基编辑器与Cpf1碱基编辑器的特点比较