DavidLiu首次通過AAV病毒載體在動物體內進行堿基編輯作用

　　堿基編輯器用于研究和治療遺傳性疾病的成功取決于將其體內傳遞給相關細胞類型的能力。通過腺相關病毒（AAV）的傳送受AAV打包能力的限制（AAV的基因組包裝大小限制為≤5kb），因此無法使用全長堿基編輯器。

　　2020年1月14日，博德研究所David Liu團隊在Nature Biomedical Engineering 在線發表題為“Cytosine and adenine base editing of the brain, liver, retina, heart and skeletal muscle of mice via adeno-associated viruses”的研究論文，該研究報告了雙重AAV的應用，用于傳遞分開的胞嘧啶和腺嘌呤堿基編輯器，然后再通過反式 inteins剪接重構。 優化的雙重AAV可以在小鼠大腦（多達59％的未分類皮質組織），肝臟（38％），視網膜（38％），心臟（20％）和骨骼肌（ 9％）的編輯效率。該研究還表明，堿基編輯可以糾正小鼠腦組織中的突變，該突變引起Niemann–Pick疾病C型（NPC）（一種神經退行性共濟失調），同時減慢神經變性并延長壽命。 總而言之，此處開發的分裂蛋白質堿基編輯器遞送系統具有堿基編輯的優勢，包括較高的編輯效率，最小化雙鏈DNA斷裂產生的有害副產物以及與有絲分裂后體細胞在體內的相容性。另外，對于遞送較大的DNA片段，具有明顯的優勢。

　　點突變代表了大多數已知的人類致病基因變異。為了能夠在活細胞中直接誘導或糾正點突變，研究人員開發了堿基編輯器-工程化蛋白質，可以直接將目標堿基對轉換為不同的堿基對，而不會產生雙鏈DNA斷裂。諸如BE4max之類的胞嘧啶堿基編輯器（CBE）催化將目標C?G堿基對轉化為T?A，而諸如ABEmax之類的腺嘌呤堿基編輯器（ABE）將目標A?T堿基對轉化為GC。

　　盡管CBE和ABE在許多培養的哺乳動物細胞系統中都得到了廣泛使用并能有效發揮作用，但仍難以將堿基編輯器有效地運入活體動物中。動物中堿基編輯器傳遞的主要障礙是無法將堿基編輯器包裝在腺相關病毒（AAV）中。DNA編碼堿基編輯器的大小較大（對于含有化膿鏈球菌Cas9的堿基編輯器，為5.2kb），而無法包裝到AAV中（AAV的基因組包裝大小限制為≤5kb）。

　　為了繞過這種包裝尺寸的限制并使用AAV提供堿基編輯器，研究人員設計了一個拆分的雙重堿基編輯器-AAV策略，其中CBE或ABE分為氨基末端和羧基末端。在表達每個堿基編輯器的兩個片段被AAV顆粒共感染后，反式剪接的蛋白質重新構成了全長堿基編輯器。與其他利用小分子或單個向導RNA（sgRNA）橋接拆分Cas9的方法不同，內含肽剪接可去除所有外源序列并在拆分位點再生天然肽鍵，從而產生與未經修飾的堿基編輯器序列相同的單個重組蛋白。

　　在這項研究中，研究人員開發了split-intein CBE和split-intein ABE，并將它們整合到優化的雙AAV基因組中，從而使迄今為止在治療相關的體細胞組織（包括肝臟，心臟，肌肉，腦，視網膜和皮膚）中最有效的堿基編輯成為可能。

　　研究人員使用所得的AAV在CBE和ABE的測試基因座處實現了有效堿基編輯效率，在每個組織中，ABE劑量達到或超過治療相關的編輯閾值，以已知的AAV劑量治療某些人類遺傳性疾病在人類中耐受良好。該研究報告了雙重AAV的應用，用于傳遞分開的胞嘧啶和腺嘌呤堿基編輯器，然后再通過反式 inteins剪接重構。 優化的雙重AAV可以在小鼠大腦（多達59％的未分類皮質組織），肝臟（38％），視網膜（38％），心臟（20％）和骨骼肌（ 9％）的編輯效率。 該研究還表明，堿基編輯可以糾正小鼠腦組織中的突變【該突變引起Niemann–Pick疾病C型（NPC）（一種神經退行性共濟失調）】，同時減慢神經變性并延長壽命。

　　總而言之，此處開發的分裂蛋白質堿基編輯器遞送系統具有堿基編輯的優勢，包括較高的編輯效率，最小化雙鏈DNA斷裂產生的有害副產物以及與有絲分裂后體細胞在體內的相容性。另外，對于遞送較大的DNA片段，具有明顯的優勢。

　　參考消息：

　　https://www.nature.com/articles/s41551-019-0501-5