碱基编辑进入“迷你时代”，杨辉团队开发出基于Cas9祖先IscB的微型碱基编辑器
2023-05-27 生物世界 生物世界 发表于上海
该研究对IscB进行了大量优化和改造，获得了在人类细胞中具有高效基因编辑活性的IscB变体——enIscB。
在过去十年里，基于CRISPR的基因编辑技术得到了快速发展，并被成功应用放到了人体临床试验中已治疗遗传疾病和癌症。与此同时，全世界的科学家们也在不断挖掘新的具有基因编辑潜力的新工具，以解决现有基因编辑工具尺寸太大难以被单个AAV载体递送的问题。
2021年9月，张锋团队在 Science 期刊发表论文【1】，发现了一类广泛的转座子编码的RNA引导核酸酶，并将其命名为OMEGA系统（包括IscB、IsrB、Tnp8），它们同样使用一段RNA（ωRNA）来指导切割DNA双链。
其中IscB被认为是Cas9的祖先，更重要的是，IscB非常小，大约400个氨基酸，仅为Cas9的约30%，这意味着它们可被开发为新的小型化基因编辑工具，从而更容易被递送到细胞内。之后，张锋、可爱龙等人发表了了一系列论文，解析了IscB-ωRNA的结构，及其切割DNA的机制。
2023年5月25日，杨辉团队在 Nature Methods 期刊发表了题为：Development of miniature base editors using engineered IscB nickase 的研究论文。
该研究对IscB进行了大量优化和改造，获得了在人类细胞中具有高效基因编辑活性的IscB变体——enIscB。将enIscB切口酶分别与腺苷脱氨酶和胞苷脱氨酶结构域融合，进一步开发出了迷你型碱基编辑器——miABE和miCBE。这些迷你型碱基编辑器在真核细胞中显示出强大的单碱基编辑效率，最高可达92%。
作为一种小型的由RNA引导的核酸酶，IscB被认为是Cas9的祖先，并具有与Cas9相似的功能。而IscB的大小不到Cas9的一半，因此更适合使用腺相关病毒（AAV）载体进行体内递送。然而，IscB在真核细胞中的编辑效率较低，这限制了其在体内的应用。
在这项研究中，研究团队对在哺乳动物细胞中具有微弱编辑活性的OgeuIscB及其ωRNA进行了工程化设计，进而开发出了一个在哺乳动物系统中高效编辑活性的IscB变体，并将其命名为enIscB。
接下来，研究团队将enIscB与T5核酸外切酶（T5E）融合，发现enIscB-T5E在人类细胞（HEK293）基因组中具有与SpG Cas9相当的靶向切割效率，同时表现出较低的染色体易位效应。
研究团队在enIscB的基础上，进一步改造和筛选到了enIscB切口酶（enIscB nickase），将其分别与腺苷脱氨酶或胞苷脱氨酶结构域融合，开发出了迷你型碱基编辑器（miBE）——miABE和miCBE，这些迷你型碱基编辑器在真核细胞中显示出强大的单碱基编辑效率，最高可达92%。
总的来说，该研究建立了enIscB-T5E和miBE作为基因组编辑的通用工具。更重要的是，miBE不仅具有高碱基编辑活性，还具有迷你尺寸的有点，有助于解决当前碱基编辑工具太大而无法被单个AAV载体递送的难题，为体内碱基编辑的应用带来了新的可能性。
论文链接：
1. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj6856
2. https://www.nature.com/articles/s41592-023-01898-9
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