DdCBE是一種新型的基因編輯工具，它能夠?qū)崿F(xiàn)線粒體基因組靶向位置 C·G → T·A的堿基編輯，具有很大的臨床應(yīng)用潛力[1]。但在將該工具應(yīng)用于臨床治療之前，需要系統(tǒng)和全面地評估其安全性。

2022年5月12日，北京大學生命科學學院、北京大學-清華大學生命科學聯(lián)合中心、蛋白質(zhì)與植物基因研究國家重點實驗室伊成器課題組于 Nature在線發(fā)表了題為“Mitochondrial base editor induces substantial nuclear off-target mutations” 的研究論文。該研究詳細評估了DdCBE在人類細胞系中的核基因組脫靶編輯效應(yīng)，深入探究了其核基因組脫靶作用機制和工具的優(yōu)化方案，并首次發(fā)現(xiàn)了由細菌毒素 DddA 構(gòu)成的 DdCBE 堿基編輯工具與維持細胞三維基因組結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因子 CTCF有相互作用。

該研究發(fā)現(xiàn)，DdCBE發(fā)揮線粒體基因組編輯功能的同時，一小部分意外地進入了細胞核，并在細胞核基因組中產(chǎn)生了廣泛的脫靶編輯（圖1）[2]。

圖1 DdCBE能夠產(chǎn)生廣泛的核基因組脫靶編輯

該研究發(fā)現(xiàn)，DdCBE造成的核基因組脫靶編輯分為TAS依賴型脫靶編輯和TAS非依賴型脫靶編輯兩種類型，且以后者居多。

其中，TAS依賴型脫靶和單端TALE序列特異性有關(guān)，這意味著在應(yīng)用DdCBE工具時，需要分別對雙側(cè) TALE序列的基因組特異性進行考慮，從而減少這種脫靶的產(chǎn)生[2]。

而大量的TAS非依賴型脫靶不依賴于TALE序列特異性，并且在不同種類的DdCBEs中共享[2]。該研究進一步發(fā)現(xiàn)這種脫靶編輯與CTCF蛋白有關(guān)，并且顯著地富集在拓撲相關(guān)結(jié)構(gòu)域（TAD）邊界。這是一項意料之外的發(fā)現(xiàn)，并提示了DdCBE可能具有影響細胞核基因組三維結(jié)構(gòu)的能力。

最后，該團隊對DdCBE進行了優(yōu)化改造，并且成功降低了其核基因組脫靶影響。

綜上所述，本項研究利用課題組去年發(fā)表于《自然·方法》雜志的Detect-seq技術(shù)，對DdCBE堿基編輯工具在人類細胞中的核基因組脫靶編輯影響進行了無偏向性地評估。這項研究也是化學與生命科學交叉研究的成果，對于推動基因編輯技術(shù)在治療線粒體疾病方面的應(yīng)用提供了重要的理論依據(jù)。

伊成器教授為本文通訊作者；前沿交叉學科研究院雷芷芯博士，博士后孟浩巍、劉璐璐，清華大學生命科學學院博士生趙華男為本文共同第一作者；北京大學生命科學學院博士生饒希晨、前沿交叉學科研究院博士生閆永昌、烏浩、劉敏對本項目作出了重要貢獻；北京大學分子醫(yī)學研究所，北京大學-清華大學生命科學聯(lián)合中心何愛彬研究員對本項目作出了重要的指導與幫助。另外，本研究也得到了北京大學生命科學學院魏文勝教授、杜鵬研究員、未來技術(shù)學院程和平教授、清華大學生命科學學院頡偉教授等多位專家教授的指導與幫助。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金以及生命科學聯(lián)合中心的資助。生命科學學院高性能計算平臺為該研究提供了計算資源。感謝北京大學鳳凰工程多個儀器平臺對本項目的熱心幫助！

參考文獻

1.Mok, B.Y., et al., A bacterial cytidine deaminase toxin enables CRISPR-free mitochondrial base editing. Nature, 2020. 583(7817): p. 631-637.

2.Lei, Z., et al., Mitochondrial base editor induces substantial nuclear off-target mutations. Nature, 2022.

來源：北京大學