2024-04-02
2024年3月29日，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)劉明耀、李大力、王立人團(tuán)隊(duì)以及上海交通大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院曾凡一課題組合作，在國際知名期刊Nature Chemical Biology雜志發(fā)表了題為“Engineering APOBEC3A deaminase for highly accurate and efficient base editing”的研究論文，報(bào)道開發(fā)出了三個(gè)高精準(zhǔn)型的胞嘧啶堿基編輯器——“haA3A-CBE”。這也是邦耀生物團(tuán)隊(duì)繼2023年6月在國際著名學(xué)術(shù)期刊Nature Biotechnology報(bào)道新型腺嘌呤顛換編輯工具（AXBEs和ACBEs）后，一年不到的時(shí)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 Chemical Biology 發(fā)文（ 文章在線：https://www.nature.com/articles/s41589-024-01595-4 ）
“haA3A-CBE”：高效精準(zhǔn)，極低脫靶活性
單堿基基因編輯技術(shù)，顧名思義，指能在基因組上引起單個(gè)堿基改變的基因編輯技術(shù)，最早由哈佛大學(xué)David R. Liu團(tuán)隊(duì)開發(fā)，主要分為兩類：胞嘧啶堿基編輯器（Cytosine base editor，CBE）與腺嘌呤堿基編輯器（Adenosinebase editor，ABE）?；驹硎菍奏っ摪泵福ˋPOBEC）或腺苷脫氨酶與現(xiàn)存Cas9n（D10A）融合而形成，依賴于CRISPR原理使得靶點(diǎn)遠(yuǎn)離PAM端的4-7位的單個(gè)堿基發(fā)生修改的基因編輯技術(shù)。近幾年，由于其技術(shù)的強(qiáng)大、高效，以及不直接產(chǎn)生雙鏈DNA斷裂等特點(diǎn)逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，目前CBE與ABE已被廣泛應(yīng)用于動(dòng)物基因工程、植物基因工程，并在基因治療中顯示出良好的潛力。 CBE由胞嘧啶脫氨酶、Cas9切口酶和尿嘧啶糖基化酶抑制劑（UGI）組成，然而，CBE的寬編輯窗口容易導(dǎo)致靶點(diǎn)內(nèi)多個(gè)堿基被同時(shí)編輯，產(chǎn)生旁觀者編輯，大大降低了編輯精度。此外，胞嘧啶脫氨酶的單鏈DNA和RNA結(jié)合活性易導(dǎo)致隨機(jī)性DNA和RNA脫靶編輯，存在安全隱患。
為了開發(fā)能夠在多種序列背景下實(shí)現(xiàn)高效堿基編輯的精準(zhǔn)型CBE，該研究團(tuán)隊(duì)利用hAPOBEC3A構(gòu)建了A3A-BE4max，并基于hAPOBEC3A的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行理性設(shè)計(jì)，通過正交R-loop實(shí)驗(yàn)篩選低脫靶活性突變體。
haA3A-CBE編輯器結(jié)構(gòu)示意圖
綜合考慮靶向編輯活性，脫靶編輯活性和編輯窗口，將Y130A、VA和Y130G突變體選為高精準(zhǔn)型A3A-CBE（haA3A-CBE），分別命名為haA3A-CBE-A、haA3A-CBE-VA和haA3A-CBE-G。為了進(jìn)一步評(píng)價(jià)haA3A-CBE的編輯活性和窗口，研究者在多種序列背景下對(duì)它們進(jìn)行了測試。結(jié)果顯示，haA3A-CBE在甲基化位點(diǎn)的編輯活性顯著高于YE1-BE4max，在GC和AC序列中的編輯效率顯著高于YE1-BE4max和eA3A-BE4max，它們的高活性窗口位于protospacer的6-7位。此外，研究者通過全基因組測序和RNA測序驗(yàn)證了haA3A-CBE具有極低的脫靶活性。
潛力巨大！“haA3A-CBE”在體內(nèi)基因治療前景可觀
點(diǎn)突變是引起人類遺傳病的主要原因之一，研究統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在已知的與疾病相關(guān)的50000種人類基因變異中，有超過30000種基因突變都是由于單堿基的改變而導(dǎo)致疾病。因此，利用高編輯效率、不產(chǎn)生DNA雙鏈斷裂的單堿基編輯工具來進(jìn)行遺傳疾病的基因治療是非常具有應(yīng)用價(jià)值的。
人類遺傳病中單堿基突變（SNVs）類型
為了評(píng)估haA3A-CBE在基因治療中的高效性和精準(zhǔn)性，研究者構(gòu)建了9個(gè)含有人類致病SNV的細(xì)胞系。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)haA3A-CBE可以高效且精確地糾正其中6個(gè)SNV，并在兩個(gè)位于GC序列背景的SNV上展現(xiàn)出相對(duì)于YE1-BE4max 1.7-4.8倍和1.9-3.3倍的編輯效率。為了進(jìn)一步測試haA3A-CBE的基因治療潛能，通過目前基因治療常用的腺相關(guān)病毒（adeno-associated virus，AAV）或脂質(zhì)納米顆粒（lipid nanoparticles，LNP）遞送技術(shù)，在遺傳性酪氨酸血癥的小鼠模型體內(nèi)實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)高效編輯，達(dá)到治愈的療效。
圖J.在LNP給藥后1周或6周，每只小鼠FahNS/NS等位基因的C到T編輯頻率。圖k. 在LNP給藥后1周或6周，F(xiàn)ahNS/NS等位基因編輯類型與效率。
總的來說，haA3A-CBE具有窄編輯窗口和極低脫靶活性，更重要的是它們能夠在多種序列背景下實(shí)現(xiàn)高效堿基編輯，尤其是對(duì)甲基化位點(diǎn)和GC序列背景位點(diǎn)的C堿基具有高效編輯能力，豐富了堿基編輯工具箱，有望成為治療人類遺傳疾病非常有前景的編輯器。
邦耀生物突破不斷，為人類疾病帶來更優(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(jiān)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(shí)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(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。目前，邦耀生物科學(xué)家團(tuán)隊(duì)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：
2023年6月，Nature Biotechnology發(fā)文，開發(fā)出精準(zhǔn)高效的腺嘌呤顛換編輯器“ACBEs”；
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(bào)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(duì)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?。?/span>
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(dòng)子激活胎兒期血紅蛋白的表達(dá)對(duì)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(huì)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。
