继今年5月报道超高活性的胞嘧啶碱基编辑器hyCBEmax后，华东师范大学明升m88app学院李大力课题组和刘明耀课题组于6月1日晚在《自然—生物技术》在线发表论文，展示了一款基因编辑新工具A&C-BEmax。该工具打破现有碱基编辑器作用底物的限制，创新地开发了新型双功能碱基编辑器，同时实现胞嘧啶和腺嘌呤两种碱基的转换，为基础研究和遗传性疾病，如β-地中海贫血的治疗提供了新工具。

另辟蹊径 实现两种碱基的转换

ClinVar的数据显示，人类约58%的遗传疾病是由于碱基突变引起的。然而，现有的碱基编辑器只能催化单一类型碱基的转换，难以治疗由两种碱基突变引起的遗传疾病；单一的碱基产物也使其在分子进化、饱和突变筛选等基础研究方面的应用受限。因此，开发能同时催化两类碱基转换的高效碱基编辑器，既是概念上的创新，也将极大地丰富碱基编辑工具。

李大力课题组和刘明耀课题组通过将胞嘧啶脱氨酶（hAID）及腺嘌呤脱氨酶（ecTadA-ecTadA*）与酶活缺陷型Cas9融合，共构建了5种融合方式的载体。

通过哺乳动物细胞测试，筛选到其中最优的融合方式，同时实现腺嘌呤（A）向鸟嘌呤（G）以及胞嘧啶（C）向胸腺嘧啶（T）的碱基转换。这一突破让课题组振奋，但偏低的转换效率也让研究人员觉得还有改进的余地。

为了进一步提高编辑效率，课题组通过密码子、核定位信号、linker序列以及融合尿嘧啶糖基化酶抑制物UGI等多轮优化，最终获得了一种高效的双碱基编辑器，并命名为A＆C-BEmax。同时，课题组全面的评价了这一新工具的性能。通过在人类细胞系中28个靶点的测试，发现A＆C-BEmax对于胞嘧啶的编辑窗口扩大到原来的两倍，编辑活性提高了1.9-14倍，具有更低的脱靶效应，而且A/C同时突变的效率最高达到30%。

A&C-BEmax的独特性能，也使其在基因治疗的应用中具有独到之处。β地中海贫血是我国南方及世界热带地区高发的遗传性疾病。已有研究表明提高胎儿期血红蛋白替代受损的成人血红蛋白，有望治愈包括β地中海贫血和镰刀状贫血在内的β血红蛋白病。研究人员将A＆C-BEmax与向导RNA递送到类红细胞前体细胞 (HUDEP-2) 中。结果表明，A＆C-BEmax能高效地破坏胎儿期血红蛋白基因HBG1/2启动子区域转录抑制因子BCL11A结合位点并同时创造新的转录激活因子GATA1的结合位点，促使胎儿期血红蛋白显著升高到超过理论治愈的的水平，对于治疗β地中海贫血和镰状细胞贫血症有重要意义。该工作展示了A&C-BEmax这一新型双碱基编辑系统对于遗传疾病精准治疗的巨大潜力。

性能优越 应用前景广泛

基因编辑研究领域全球竞争激烈。仅6月1日《自然—生物技术》就报道了全球三个课题组在基因编辑工具研发领域的类似研究成果，加上今年初同一杂志在线发表的明升中国app院高彩霞和李家洋团队的类似研究，一共有四个相似的基因编辑工具被报道，虽然名称各异但功能类似。

从论文发表的数据来看，A＆C-BEmax编辑效率、产物纯度、碱基突变的饱和度及突变类型显著提高，也没有发现DNA脱靶，RNA水平的脱靶大幅降低，是一款非常高效的双功能碱基编辑工具。

“与单独产生C到T碱基编辑的细胞相比，A/C同时突变后分化的HUDEP-2细胞具有更高的HBG表达水平。”该论文共同第一作者、华东师大明升m88app学院博士生张晓辉解释说，这意味着A&C-BEmax这一新型双碱基编辑系统对于精准治疗β-血红蛋白病的巨大潜力。

“通过筛选不同基因型的单克隆细胞实验也证明A&C-BEmax可以在单个碱基的维度分析DNA序列对于基因转录的影响。”该论文共同第一作者、华东师大明升m88app学院博士生朱碧云补充说。

专家表示，该新型双碱基编辑工具对基因治疗、物种改良和分子进化、疾病模型制作、耐药性筛选方面等意义重大。

相关论文信息：http://doi.org/10.1038/s41587-020-0527-y