Nature子刊:浙江大學陳佳教授與合作者揭示基因編輯過程中產生突變的新機制

2017年12月12日，國際學術權威刊物自然出版集團旗下子刊《Nature Structural & Molecular Biology》雜誌在線發表了上海科技大學生命學院陳佳教授與中國科學院-馬普計算生物學研究所研究員、生命學院特聘教授楊力及南京醫科大學沈彬教授合作的一篇研究論文，研究共同揭示了胞嘧啶脫氨酶(APOBEC)在CRISPR/Cas9引發的DNA斷裂修復過程中產生突變的新機制，並為進一步提高基因組編輯保真度提供了新思路。相關成果題為「APOBEC3 induces mutations during repair of CRISPR-Cas9-generated DNA breaks」。陳佳研究組2014級碩博連讀研究生雷麗群、南京醫科大學/溫州醫科大學聯合培養研究生陳紅全、楊力研究組研究助理薛尉等為共同第一作者，陳佳、楊力、沈彬為共同通訊作者。

CRISPR/Cas9是迄今為止最便捷高效的基因組編輯技術。雖然其在生命科學基礎研究和生物技術開發等領域被廣泛應用，並在臨床研究中也顯示出了極大的潛力，但由於編輯過程中存在的非靶向突變以及基因治療的不可逆性，CRISPR/Cas9技術的精確性問題一直是科學界關注的焦點。陳佳教授的前期工作發現了APOBEC能夠在DNA單鏈斷裂修復過程中結合單鏈DNA並造成隨機突變(Chen et al., 2014,eLife)，而單鏈核酸(如單鏈寡聚核苷酸和基因組單鏈DNA等)，在CRISPR/Cas9引發的DNA修復過程中廣泛存在。因此，評估APOBEC能否在CRISPR/Cas9引發的基因組DNA修復過程中產生突變，對於改進CRISPR/Cas9編輯技術的精確性以及DNA損傷修復等研究都具有重要意義。

在該項工作中，研究人員證實了APOBEC能夠作用於單鏈寡聚核苷酸的胞嘧啶位點，並通過CRISPR/Cas9引發的同源重組修復過程，在基因組DNA的同源胞嘧啶位點處產生鹼基替換突變;同時，研究人員還發現APOBEC能夠在由Cas9切刻酶引起的基因組DNA單鏈斷裂修復過程中激活鹼基切除修復通路進而產生DNA雙鏈斷裂，從而產生非靶向的隨機鹼基插入或缺失(insertions/deletions, indels)。基於上述機制研究，研究人員提出了利用雙鏈寡聚核苷酸或者雙鏈質粒DNA作為修復模版、以及抑制內源APOBEC的策略來提高CRISPR/Cas9編輯的保真度和精確性。陳佳教授長期從事DNA損傷修復的機制研究，在此項最新的研究中,他闡明了APOBEC在CRISPR/Cas9引起的基因組DNA斷裂修復過程中產生突變的分子機制，並據此成功開發出了增強型的基因組鹼基編輯系統(Wang et al., 2017,Cell Research)，實現了更高精度和更高效率的鹼基編輯。

a，APOBEC在以單鏈寡聚核苷酸為修復模版的同源重組修復過程中產生鹼基替換突變。

b，APOBEC在Cas9切刻酶D10A引起的單鏈斷裂修復過程中產生indel突變。

原文鏈接：APOBEC3 induces mutations during repair of CRISPR–Cas9-generated DNA breaks

Cell：細胞治療領域觀察者

推薦閱讀：