華東師范大學生命科學學院研究員李大力團隊，開發(fā)了一種全新的高活性迷你基因編輯工具，可在小鼠體內(nèi)實現(xiàn)高效編輯，豐富了基因編輯工具的應用場景，為將來用于體內(nèi)基因治療提供了高效的候選技術。相關研究發(fā)表于《分子細胞》，并被選為封面文章。
以CRISPR/Cas9為代表的基因編輯技術，為基礎生物學和疾病治療帶來了重大變革。2021年，張鋒團隊發(fā)現(xiàn)了由IS200/IS605轉座子超家族編碼的IscB核酸酶。IscB被認為是Cas9可能的進化祖先，具有與Cas9相似的結構域，且同樣需要利用一段非編碼RNA（ωRNA）引導蛋白識別DNA，而其氨基酸長度僅為SpCas9的三分之一左右。然而，IscB在哺乳動物細胞中的活性非常有限，能否通過工程化的改造提高IscB的基因編輯活性，達到與Cas9相當?shù)幕钚裕钱斍靶枰鉀Q的首要問題。
研究團隊基于結構理性設計，在IscB蛋白關鍵位置引物氨基酸突變，經(jīng)過三輪迭代篩選，獲得了增強型IscB（命名為eIscB），eIscB的平均編輯效率較野生型平均可提高7.5倍。為提高IscB與目標DNA的親和力，研究人員將eIscB與一個非序列特異性雙鏈DNA結合蛋白融合，得到了高活性IscB（命名為eIscB-D），eIscB-D的最高編輯效率可達91.3%。
進一步地，研究人員對ωRNA的不同莖環(huán)結構進行改造，獲得了高活性的ωRNA（命名為eωRNA），其長度較野生型縮短了20%，大幅降低了工業(yè)合成的難度。最終優(yōu)化獲得的eIscB-D/eωRNA編輯效率平均可提升20.2倍。
研究團隊專門制備了小鼠白化疾病模型，并首次證明eIscB-D不僅可以在鼠源細胞系中產(chǎn)生高效編輯，還可以通過胚胎注射高效制備疾病動物模型。此外，研究人員開發(fā)了超高活性的微型單堿基編輯器eiABE和eiCBE，最高位編輯效率分別可達到73.6%和79.2%。
《分子細胞》封面。圖片由研究團隊提供
研究團隊介紹，封面設計圖以中國風為主基調(diào)，長街上的兩列燈籠代表DNA雙鏈，身形小巧玲瓏的小朋友指代eIscB-D，多發(fā)卡結構的樓梯則是ωRNA。小朋友踩著樓梯，一手摘下舊燈籠，另一只手掛上新燈籠，這一精準而迅速的替換動作象征著eIscB-D高效、小巧、準確的特點。
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記者丨江慶齡
來源丨科學網(wǎng)
編輯丨錢夢童
編審丨郭文君
