推荐一篇发表在Nature Chemical Biology上的文章，题目为“Engineering APOBEC3A deaminase for highly accurate and efficient base editing”，通讯作者是来自上海交通大学的曾凡一以及来自华东师范大学的李大力和王立人，曾凡一的研究方向是医学遗传学和发育生物学，李大力和王立人的研究方向是基因编辑和基因治疗技术。
碱基编辑是一项革命性的技术，它能够在分裂和非分裂细胞中有效地将一个碱基对转换为另一个碱基对，无需断裂双链DNA，也无需提供供体模版。碱基编辑器可分为腺嘌呤碱基编辑器(ABEs)和胞嘧啶碱基编辑器(CBEs)两种，分别诱导A-to-G和C-to-T转换。其中，经典的CBEs由胞嘧啶脱氨酶、cas9切口酶和尿嘧啶糖基化酶抑制剂构成，使胞嘧啶脱胺产生尿嘧啶，激活细胞碱基切除修复途径，将胞嘧啶转化为胸腺嘧啶。然而，目前的CBE的脱氨酶结构域可能导致非cas9依赖的DNA或RNA的脱靶突变，并且也可能导致靶点上的非目标碱基被编辑，引起旁观者效应。基于rAPOBEC1脱氨酶已经开发的多种变体减小了其编辑窗口改善了脱靶效应，但仍然存在旁观者效应和难以编辑高甲基化和高GC背景中胞嘧啶的缺陷。另外一种已报道的CBE，A3A-CBE可以在各种背景下进行高效率碱基编辑，但脱靶效应更强。基于此，作者对A3A脱氨酶进行了设计，使其具有高精度和狭窄的编辑窗口，并且无视靶点的甲基化状态。作者首先根据A3A脱氨酶的结构特征进行了设计，在酶的四个环中选择了13个残基，构建了36个单突变体，然后通过正交R-loop实验筛选低脱靶活性突变体，并发现Y130A和D131P突变体表现出较高的靶上编辑效率，并且大大降低了脱靶效应。因此，作者进一步在Y130上引入其他突变，并将Y130突变与其他已报道过的良性突变，以及D131上的突变进行组合突变，然后从中筛选出了Y130A、VA (I96V/Y130A)和Y130G突变体作为高精准型A3A-CBE (haA3A-CBE)，将他们分别命名为haA3A-CBE-A、haA3A-CBE-VA和haA3A-CBE-G，并验证了他们在多种序列背景下具有较高的编辑活性且脱靶效应极低。为了评估haA3A-CBEs治疗遗传疾病的潜力，作者构建了9个含有人类致病单碱基突变(single-nucleotide variants, SNVs)的细胞系，作者将haA3A-CBE变体转染到含有致病性SNV的稳定细胞系中，发现haA3A-CBE-VA和haA3A-CBE-G在其中6个中表现出准确和高效的编辑效果。与之前的YE1-BE4max相比，haA3A-CBEs在高GC环境中表现出了更高的编辑活性。虽然haA3A-CBEs在另外3个细胞系中导致了大量的旁观者编辑，但作者通过合理设计含有NG PAMs的单导RNA将旁观者胞嘧啶置于编辑窗口外实现了更精准的编辑。最后，作者通过AAV将haA3A-CBEs递送到因Fah基因上的单碱基突变患有一型酪氨酸血症的FahNS/NSHT1小鼠肝脏内，并验证了haA3A-CBEs可以高效纠正小鼠的致病基因突变。但治疗九周后旁观者编辑逐渐增加，因此作者采用瞬时递送的方式，减少了旁观者效应。总之，作者开发了一系列具有更高靶点编辑效率、更低的旁观者和脱靶效应的胞嘧啶碱基编辑器haA3A-CBEs，具有强大的基因治疗潜力。原文链接：https://www.nature.com/articles/s41589-024-01595-4原文引用：DOI: 10.1038/s41589-024-01595-4
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