7月8日，上海科技大学生命科学与技术学院马涵慧课题组在学术期刊《自然-化学生物学》(Nature Chemical Biology) 上发表了题为“Engineering miniature IscB nickase for robust base editing with broad targeting range”的研究论文，通过工程化改造OgeuIscB-RNA系统并融合DNA双链结合蛋白Sso7d开发了高效的微型碱基编辑器-SIminiBEs。SIminiBEs显示了强大的C到T或A到G的碱基转换能力，并表现出广泛的基因组靶向范围。
CRISPR-Cas9系统由于其便于操作及靶向性等特点被开发成一系列基因编辑工具，比如核酸酶编辑（nuclease editing）、碱基编辑（base editing）和先导编辑（prime editing）。其中，碱基编辑可在不引起双链DNA断裂的情况下在目标位点有效实现单个碱基的替换，在单碱基突变疾病治疗中展现了广阔的应用前景。由于SpCas9的体积较大，基于SpCas9介导的碱基编辑器无法通过单个腺相关病毒（AAV）递送。AAV是在体基因治疗的主要递送手段，但其包装极限是4.7 kb，因此缩小碱基编辑器的大小对在体进行疾病基因治疗的应用至关重要。为了解决这一问题，学界开始寻求用小Cas蛋白代替Cas9进行精确的基因编辑。来自IS200/IS605转座子超家族中的一类RNA引导核酸酶OgeuIscB被报道具有与Cas9相似的结构域，且大小只有SpCas9的1/3。但天然的OgeuIscB在哺乳动物细胞内的编辑活性不到2%，还需进一步优化提高其编辑效率。
本研究基于IscB-ωRNA-DNA复合体的结构，分别对IscB蛋白和ωRNA进行了工程化改造，得到了活性最高的突变体IscBnQM和opti ωRNA，并将基于IscBnQM和opti ωRNA的碱基编辑器命名为IminiBEs。其中，IminiCBE（平均编辑效率为67%）和IminiABE（平均编辑效率为52%）分别实现了高效的C到T或A到G的碱基编辑效率。对于一些编辑效率仍然较低的靶向位点，研究者将非特异性DNA结合蛋白Sso7d与IminiBEs融合后，进一步将低效位点的编辑效率提高约2 ~ 3倍，并命名为SIminiBEs。此外，通过TAM(靶邻近基序)识别实验发现，相较于野生型IscB nickase的典型NWRRNA （N代表任何碱基，W代表碱基A/T, R代表碱基A/G）TAM识别位点，IminiCBE和SIminiCBE失去了“W”和“A”的限制，可识别NNRR, NNRY（Y代表碱基C/T）和NNYR TAM序列，从而拓宽了IminiCBE和SIminiCBE在基因组中的可靶向范围。总体而言，IminiBEs和SIminiBEs是可编辑特定基因组位点的高效微型基编辑器，扩展了用于基因组编辑的微型CRISPR工具箱。
图1：IminiBEs和SIminiBEs示意图
图2：IscBn-CBE, IminiCBE和SIminiCBE的TAM分析
上海科技大学生命学院2021级博士研究生韩林晓、2020级博士研究生胡玥儿（已毕业）、2023级博士研究生莫淇钦为共同第一作者。上海科技大学生命学院马涵慧为本文的通讯作者。上海科技大学生命学院孙亚东，上海科技大学免疫化学研究所/生命学院白芳，湖南师范大学谷峰合作参与本论文的工作。上海科技大学为第一完成单位。
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