2023-06-19
近期，聚焦于基因和細(xì)胞治療的上海邦耀生物科技有限公司（以下簡稱“邦耀生物”）與華東師范大學(xué)李大力教授及劉明耀教授團(tuán)隊合作，于2023年6月15日在Nature Biotechnology雜志上發(fā)文，報道開發(fā)了一系列新型腺嘌呤顛換編輯工具（AXBEs和ACBEs），為多元化的遺傳操作和人類第二大類單堿基突變（SNVs）的基因治療提供新的工具。這也是邦耀生物團(tuán)隊繼2022年10月在國際著名學(xué)術(shù)期刊Nature Chemical Biology報道新一代精準(zhǔn)安全的腺嘌呤堿基編輯器ABE9以及同年11月在國際著名學(xué)術(shù)期刊Nature Biotechnology報道高精度新型胞嘧啶堿基編輯系統(tǒng)Td-BEs后，一年不到的時間在單堿基編輯工具開發(fā)領(lǐng)域的又一重大技術(shù)突破。
Nature Biotechnology 發(fā)文
人類的遺傳疾病主要由基因突變造成，約58%為單堿基突變（SNVs）。目前，不依賴DNA雙鏈斷裂和模板參與的單堿基編輯器（base editors）是治療遺傳病強(qiáng)有力的基因編輯工具?，F(xiàn)有的堿基編輯技術(shù)CBEs（C-to-T），CGBEs（C-to-G）, GBEs（C-to-G/C-to-A）和ABEs（A-to-G）可實現(xiàn)胞嘧啶轉(zhuǎn)換/顛換編輯以及腺嘌呤的轉(zhuǎn)換突變，由于缺少切除肌苷的內(nèi)源DNA糖苷酶，ABEs產(chǎn)生的A-to-G產(chǎn)物純度可達(dá)99%，但是不會發(fā)生腺嘌呤的顛換（A-to-C或A-to-T）。然而，仍有25%的人類單堿基突變遺傳疾病需要精準(zhǔn)的腺嘌呤顛換編輯（17%需要A-to-C，8%需要A-to-T）才能糾正，因此開發(fā)高效精準(zhǔn)的腺嘌呤堿基編輯器具有重要意義。
堿基編輯器介導(dǎo)堿基突變的種類及人類致病性點突變的分布
AXBEs：實現(xiàn)了廣泛靶向基因組，擴(kuò)大應(yīng)用范圍
堿基顛換需要依賴無嘌呤無嘧啶（AP）位點的創(chuàng)建，隨后進(jìn)行堿基切除修復(fù)途徑（BER）而完成。鑒于內(nèi)源糖苷酶的肌苷切除修復(fù)能力低效，邦耀生物及華東師大研究團(tuán)隊通過尋找其他潛在可將肌苷作為催化底物的酶，將其與腺嘌呤脫氨酶TadA-8e和nCas9融合。驚喜的發(fā)現(xiàn)當(dāng)融合小鼠來源的烷基腺苷DNA糖苷酶（mAAG）實現(xiàn)了8.7%的A到Y(jié)（Y=C或T）的堿基顛換，將其命名為AXBE（X代表任意堿基）。為增加腺嘌呤顛換編輯效率并拓展靶向范圍，基于結(jié)構(gòu)導(dǎo)向的理性設(shè)計和篩選鑒定出mAAG中的兩個關(guān)鍵突變（mAAG-EF）極大提高其底物肌苷的切除活性，基于此產(chǎn)生的AXBEv2介導(dǎo)更高效的A到Y(jié)編輯，甚至在非YAR-motif位點的顛換突變也顯著提升，因此有效改善了顛換編輯的序列背景選擇性。
ABE系統(tǒng)只能產(chǎn)生122種密碼子和32種氨基酸的轉(zhuǎn)換，而AXBEs可誘導(dǎo)腺嘌呤到其他三種堿基的變換，在ABE系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，能夠產(chǎn)生獨(dú)有的436種密碼子和115種氨基酸突變，表明了可以廣泛地靶向基因組，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，為分子進(jìn)化、遺傳篩選、譜系示蹤等應(yīng)用提供強(qiáng)有力的基因編輯工具。
ACBEs：精準(zhǔn)、高效，治療潛力巨大
為進(jìn)一步減少嚴(yán)重的非目標(biāo)堿基A到G突變，研究人員嘗試將腺嘌呤脫氨酶改造以及采用Cas9嵌入的策略，從而使得A到G的編輯副產(chǎn)物大幅降低，該類型編輯器分別被命名為ACBE和ACBE-Q。ACBE最高可實現(xiàn)45%的A到C編輯以及73%的堿基顛換編輯，而ACBE-Q更加精準(zhǔn)地編輯sgRNA的A4-A6位，精確度最高提高了171倍，且只產(chǎn)生背景水平的Cas9非依賴性脫靶事件（平均脫靶效率<0.3%），展現(xiàn)出較高的應(yīng)用安全性。通過與先導(dǎo)編輯（prime editing）技術(shù)進(jìn)行同位點的對比，發(fā)現(xiàn)ACBE可以更加高效的實現(xiàn)A-to-C的精確轉(zhuǎn)換，而PE系統(tǒng)需要經(jīng)過幾十種參數(shù)組合篩選優(yōu)化，但效率非常低同時會產(chǎn)生高比率的缺失突變。證明ACBE更加簡便易行，而且效率方面具有顯著優(yōu)勢。
此外研究表明，ACBE-Q在小鼠體內(nèi)也展現(xiàn)出極高的編輯效率和精度。在構(gòu)建杜氏肌營養(yǎng)不良小鼠疾病模型中，70%突變小鼠（21/30只）實現(xiàn)了靶位點A6到C的編輯，平均編輯效率為56%，A>C編輯純度最高可達(dá)到99.8%，顯示了其體內(nèi)應(yīng)用的巨大潛力。最后為了研究ACBEs的治療潛力，研究者構(gòu)建了攜帶STAT3 c.1145G>T（該熱點突變引起復(fù)發(fā)性傳染?。┩蛔兊姆€(wěn)轉(zhuǎn)細(xì)胞系，ACBEs在目標(biāo)位置引入了想要的A到C糾正編輯。結(jié)果顯示，ACBEs能夠在AT富集區(qū)域提前引入終止密碼子擴(kuò)大了基因調(diào)控的范圍，并且mAAG與不同Cas變體的兼容性進(jìn)一步擴(kuò)大A到C的靶向范圍，表明了其糾正人類第二大類致病性SNVs的巨大治療前景。
ACBEs在小鼠體內(nèi)精確編輯以及在細(xì)胞系中模擬或糾正人類致病SNVs
論文共同通訊作者，邦耀生物聯(lián)合創(chuàng)始人&副總裁李大力教授表示：“在本次研究中，新型腺嘌呤顛換編輯工具的開發(fā)為多元化的遺傳操作和人類遺傳疾病的基因治療提供了新的策略。ACBEs可以有望糾正很多由于C·G到A·T單點突變造成的遺傳疾病，例如，苯丙酮尿癥、鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶（OTC）缺乏導(dǎo)致的高氨血癥等肝臟代謝疾病和血友病B。通過與PE系統(tǒng)的對比也表型在建立A-to-C的堿基顛換方面，ACBE具有更高效且簡便易行的特點?？傮w來說，ACBEs的開發(fā)為堿基編輯的工具箱再添一名舉足輕重的成員，可以說是堿基編輯技術(shù)的最后一塊拼圖，有望幫助人們戰(zhàn)勝更廣范圍的遺傳性疾病?！?/span>
邦耀生物突破不斷，給人類疾病帶來更優(yōu)的治療選擇
邦耀生物作為一家全球最早進(jìn)行基因編輯技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的企業(yè)之一，自成立以來一直堅持技術(shù)創(chuàng)新，不僅不斷克服行業(yè)壁壘進(jìn)行多管線戰(zhàn)略布局，同時致力于開發(fā)國際領(lǐng)先的基因編輯工具，獲得具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。目前，邦耀生物科學(xué)家團(tuán)隊在基因編輯工具開發(fā)、基因治療地中海貧血等遺傳疾病領(lǐng)域，已經(jīng)取得很多重磅、突破性進(jìn)展：
2022年11月，Nature Biotechnology發(fā)文，開發(fā)出高精度新型胞嘧啶堿基編輯系統(tǒng)“Td-CGBE/Td-CBEs”；
2022年10月，Nature Chemical Biology發(fā)文，成功開發(fā)精準(zhǔn)安全的新型腺嘌呤堿基編輯器“ABE9”；
2022年8月，Nature Medicine發(fā)文，公布了詳細(xì)的臨床數(shù)據(jù)，邦耀生物BRL-101基因治療地中海貧血癥患兒脫離輸血依賴已超過2年，并更為全面地解讀了BRL-101治療患者的療效和安全性特征；
2020年6月，Nature Biotechnology發(fā)文，開發(fā)一種全新的具有高特異性且安全的雙功能堿基編輯器“A＆C-BEmax”；
2020年5月，Nature Cell Biology發(fā)文，報道自主研發(fā)的hyCBEs系列工具擁有更高的編輯活性和更寬的編輯窗口，對于β血紅蛋白病的治療具有更大的優(yōu)勢；
2020年3月，Nature Medicine發(fā)文，證明單堿基編輯技術(shù)可以靶向BCL11A的紅系增強(qiáng)子原件激活胎兒期血紅蛋白，或者編輯β血紅蛋白基因的特定突變，有望通過編輯自體造血干細(xì)胞治療包括β-地中海貧血在內(nèi)的遺傳性血液疾??；
2020年1月，Cell Research發(fā)文，率先證明單堿基編輯器編輯技術(shù)靶向HBG啟動子激活胎兒期血紅蛋白的表達(dá)對于治療β-地中海貧血的可行性與有效性；
2019年3月，Nature Medicine發(fā)文，發(fā)現(xiàn)利用基因編輯技術(shù)靶向編輯BCL11A紅系增強(qiáng)子，會重新開啟γ珠蛋白表達(dá)，代替有缺陷的β珠蛋白，有望達(dá)到根治β-地中海貧血目的；
2016年5月，EMBO Molecular Medicine發(fā)文，全球首次利用CRISPR基因編輯治療血友病。
可以說，回顧邦耀生物在堿基編輯器及其在基因治療遺傳疾病中的一系列突破性進(jìn)展，為基因治療領(lǐng)域發(fā)展提供了助力。未來，邦耀生物將繼續(xù)與業(yè)界科學(xué)家一起努力，不斷優(yōu)化基因編輯系統(tǒng)，解決當(dāng)下挑戰(zhàn)；并仍將以基因編輯技術(shù)為核心驅(qū)動力，不斷克服行業(yè)壁壘進(jìn)行多管線戰(zhàn)略布局，加速推進(jìn)創(chuàng)新藥物的轉(zhuǎn)化與落地，為廣大患者帶來更多元化、更優(yōu)的治療選擇。
