CRISPR Journal:领先David Liu一个月,吉林大学李占军/赖良学率先开发出单个AAV递送的碱基编辑器

2022-08-09 转化医学新前沿 “生物世界”公众号

开发了一种名为 Cje3Cas9 的新型紧凑型 Cas9,可用于体内的高效基因编辑和腺嘌呤碱基编辑。

CRISPR系统是细菌和古菌特有一种防御系统,自2012年开始被开发和改造为新一代的基因编辑工具,其中CRISPR-Cas9已成为革命性的基因组编辑平台,被广泛应用与生物技术和医学领域。其中来自化脓链球菌的Cas9(spCas9),由于其高效和识别松弛的5'-NGG-3' PAM序列,而得到了最广泛的应用。此外,基于spCas9的碱基编辑器(BE)还能实现对基因组DNA中单个碱基的替换。

然而,spCas9在实际临床应用中面临着一个大难题,spCas9蛋白长达1368个氨基酸,当其与sgRNA形成复合物时,已经超出了腺相关病毒(AAV)的装载能力范围(4.7k)。这大大限制了spCas9的体内基因编辑疗法的开发。

2022年6月,吉林大学李占军教授团队、赖良学教授团队合作在 The CRISPR Journal 发表了题为:Compact Cje3Cas9 for Efficient In Vivo Genome Editing and Adenine Base Editing 的研究论文。

该研究开发了一种名为 Cje3Cas9 的新型紧凑型 Cas9,可用于体内的高效基因编辑和腺嘌呤碱基编辑。

目前,已经有一些策略可以一定程度上克服AAV对Cas9的递送难题,例如将spCas9和sgRNA分别用AAV包装并递送,以及将基于spCas9的碱基编辑器拆成两部分,用两个AAV分别递送再组装。

此外,还有研究致力于开发尺寸更小的Cas9同源物,以实现通过单个AAV的递送。例如saCas9(1053个氨基酸)、Nme1Cas9(1082个氨基酸)、Cje1Cas9(984个氨基酸)等等。

2021年6月,李占军、赖良学团队在 Molecular Therapy 期刊发表论文,在巴氏链球菌中发现并优化了名为SpaCas9的小型Cas9(1130个氨基酸)。SpaCas9可通过单个AAV递送并在体内进行有效的基因编辑。但和其他的基于Cas9的碱基编辑器(BE)一样,SpaCas9-BE无法包装到单个AAV载体中。

在众多小型Cas9中,来自空肠弯曲杆菌的Cje1Cas9仅984个氨基酸,因此特别适合使用AAV进行体内递送,更重要的是,基于Cje1Cas9的碱基编辑系统具有通过单个AAV递送的潜力。然而,Cje1Cas9需要识别非常复杂的 N3VRYAC PAM序列(V=A/C/G,R=A/G,Y=C/T),这极大地限制了其靶向基因组的范围。

因此,探索具有简单PAM序列要求的小型化CRISPR-Cas酶,以扩大对基因组的靶向范围非常重要

在这项最新研究中,李占军、赖良学团队确定了两个CjeCas9的直系同源物,分别是Cje2Cas9和Cje3Cas9,它们的PAM序列不同于Cje1Cas9的N3VRYAC,而是更为简单的N4CYA。

研究团队接下来进行了体外和体内的基因编辑实验,实验结果显示,它们可以在人类细胞中诱导有效的基因组编辑,而且由于简单的PAM序列要求,显着扩大了基因组靶向范围。

此外,将Cje3Cas9与sgRNA微量注射到小鼠受精卵中后,可以有效地敲除小鼠的Tyr基因。它还能够通过单个AAV递送,有效敲除8周龄小鼠的肝脏中的Pcsk9基因,并有效降低小鼠的胆固醇水平。

更重要的是,研究团队进一步证实了,基于Cje3Cas9的碱基编辑器——8e-nCje3-ABE,能够与sgRNA一起包装到单个AAV中,并在成年小鼠肝脏中成功编辑Pcsk9基因,编辑效率高达12%。

总的来说,该研究开发了紧凑型的Cas9——Cje2Cas9和Cje3Cas9,他们具有更简单的PAM序列要求,而且能够包装到单个AAV中,扩展了CRISPR-Cas9工具的基因组八项范围,具有巨大的临床治疗价值。

值得一提的是,碱基编辑技术开创者刘如谦(David Liu)团队于2022年7月28日在 Nature 子刊 Nature Biomedical Engineering 发表论文【3】,开发了一套紧凑型腺嘌呤碱基编辑器,能够使用单AAV载体递送并在肝脏、心脏、肌肉等组织中实现高效碱基编辑,编辑效率优于双AAV载体。详情:刘如谦将碱基编辑器装入单个AAV中,并成功进行体内高效编辑

对人PCSK9基因(人源化小鼠)、小鼠Pcsk9基因和Angptl3的体内编辑显示,能够降低目标蛋白水平90%以上,同时血浆胆固醇和甘油三酯也显着降低。

这项研究提高了碱基编辑的治疗潜力,确立了单AAV碱基编辑器系统的优势,并提供了一套具有广泛靶向能力的单AAV腺嘌呤碱基编辑器,以支持高效的体内碱基编辑。

论文链接:

https://doi.org/10.1089/crispr.2021.0143

https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2021.06.013

https://www.nature.com/articles/s41551-022-00911-4

作者:王聪

版权声明:
本网站所有注明“来源:梅斯医学”或“来源:MedSci原创”的文字、图片和音视频资料,版权均属于梅斯医学所有。非经授权,任何媒体、网站或个人不得转载,授权转载时须注明“来源:梅斯医学”。其它来源的文章系转载文章,本网所有转载文章系出于传递更多信息之目的,转载内容不代表本站立场。不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。
在此留言
评论区 (2)
#插入话题
  1. 2022-08-10 xuqianhua
  2. 2022-08-10 yuandd

相关资讯

Science:基因编辑疗法在中国已占先机,在癌症、遗传病治疗等领域 9 项试验值得关注

基因编辑被誉为 21 世纪最伟大的生物医学突破技术之一,人们对该技术未来在癌症、遗传病领域的突破性成果给予了厚望。上周,《科学》杂志刊文评述了中国在基因编辑疗法中的最新进展,下面让我们一同来了解国际同行如何看待中国科学家在基因编辑临床应用领域取得的前沿成果。

Vertex揭示了在首批接受CRISPR/Cas9基因编辑疗法患者中激动人心的数据

Vertex及其合作伙伴CRISPR Therapeutics公布了其CRISPR/Cas9基因编辑疗法CTX001治疗的前两名患者的初步阳性数据。令人印象深刻的数据表明,这两名患有严重血红蛋白病,分别为依赖输血的β地中海贫血(TDT)和严重的镰状细胞病(SCD)的患者很可能可以通过该疗法被治愈。

CRISPR/ Cas9基因编辑疗法全新临床进展

12月5日, CRISPR 和 Vertex在ASH会议上联合宣布了CRISPR/Cas9基因编辑疗法(CTX001)最新数据,接受CTX001治疗的10例患者对该疗法表现出持续一致反应。

CRISPR/Cas基因编辑疗法的前景与伦理争议

近日,基因编辑疗法CTX001被报导,它有望成为治疗输血依赖性β地中海贫血(TDT)和严重严重镰刀型细胞贫血病(SCD)患者的潜在一次性治愈性疗法。