人分裂期胚胎介導高效的單堿基編輯研究獲進展

　　5月23日，Genome Biology 發表了一篇題為《人分裂期胚胎介導高效的單堿基編輯》的研究論文，該研究由中國科學院神經科學研究所（中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心）、上海腦科學與類腦研究中心、神經科學國家重點實驗室、中國科學院靈長類神經生物學重點實驗室楊輝研究組與上海交通大學仁濟醫院教授陳子江、俄勒岡健康科學大學教授Shoukhrat Mitalipov研究組合作完成。該研究建立了一種在人早期胚胎中高效實現單堿基編輯的技術。

　　傳統的 CRISPR/Cas9 誘導雙鏈斷裂 (DSB) 可以通過同源重組修復 (HDR) 來解決，并被用來引入或糾正特定基因組位點的點突變。然而，雙鏈斷裂會頻繁地通過非同源末端連接(NHEJ)途徑來修復DNA，導致額外的插入缺失突變（Indel），而外源模板介導的同源重組修復效率在人類胚胎中相當低，從而限制了其在早期胚胎發育研究中的應用。最近，一些研究報道，單堿基編輯器 (Base editor) 允許 T·A 至 C·G 或 C·G 至 T·A 轉換，提供了一種強大而安全的方法來誘導特定的點突變，或者更重要的是糾正由單堿基突變導致的遺傳病。但人類胚胎的單堿基編輯效率普遍較低 (低于 30%)，經常導致嵌合體，限制了目前單堿基編輯在人類胚胎發育研究中的應用。

　　 人類胚胎 (4 ~ 8 細胞階段) 的合子基因激活 (ZGA) 的發生通常比小鼠胚胎 (2 細胞階段) 晚，作者們研究了受精后不同時間點人類胚胎中 Base editor的編輯效率。BE3 和 ABE7.10 在2細胞和4細胞時期注射編輯效率遠高于中期 (MII) 卵母細胞或受精卵注射。相比之下，在人分裂期胚胎中，聯合注射 cas9 mRNA、ssDNA 和相應的 sgRNA 所產生的同源重組效率沒有得到提高，這意味著單堿基編輯和同源重組介導的修復機制在人早期胚胎中可能不同。通過在2細胞時期注射單堿基編輯器，作者發現其以非常高的效率 (91%) 向Oct4 基因中提前引入終止密碼，這將為研究人類胚胎發育中的基因功能提供一種強有力的方法。

　　此外，作者還通過分裂期胚胎注射單堿基編輯器成功糾正了MUT 基因中的雜合型的A>G 突變，該突變可能導致遺傳性的發育缺陷綜合癥，通過直接堿基編輯，效率可高達 80%，規避了通過非同源末端連接修復引起的插入缺失突變風險。雖然分裂期胚胎進行單堿基編輯可以達到很高的效率，但是未來其在臨床上的應用還有待于更為嚴格的安全性評估。

　　該項工作由上海交通大學仁濟醫院章美玲，中科院神經所博士研究生周昌陽、魏喻和博士后胥春龍等科研人員，在楊輝、陳子江，Shoukhrat Mitalipov的共同指導下完成，課題組的其他成員積極參與，并得到了神經所光學平臺、仁濟醫院的大力協助，是眾多課題組通力合作的成果。該工作得到國家高科技研發項目、中科院戰略性先導科技專項、國家自然科學基金委員會、上海市科技重大項目、上海市科學技術委員會項目、上海市輔助生殖與生殖遺傳學重點實驗室基金等的資助。

　　 文章鏈接

　　圖：單堿基編輯器原理及人胚胎單堿基編輯實驗流程：(a) 單堿基編輯器示意圖。 (b) 不同分裂期人胚胎單堿基編輯實驗流程。(c，d，e，f，h，i) 相對于受精卵時期胚胎，人2和4細胞胚胎中不同基因位點的單堿基編輯效率得到顯著提高。