新型统一测试方法可轻松地检测所有带标记的精确基因编辑器，避免耗时费力地逐一测试性能。

香港大学李嘉诚医学院（港大医学院）的研究团队开发了一种新型测试平台，可同时试验及改造数以百计精准的碱基编辑器变体，突破现时基因编辑工具需逐一测试的限制，快速找出最适用和有效的基因治疗工具。研究结果已于《Cell Systems》期刊发表，并已就此技术提交相关专利申请。


背景

碱基编辑 (base editing) 是一种改良自CRISPR的新型基因编辑技术，并逐渐被视为可通过修正DNA来治疗因单个碱基突变基因而引致的相关疾病（如镰刀型细胞贫血症、家族性高胆固醇血症等）的安全基因治疗工具。现有基因编辑结果会因应碱基编辑器的类型、版本、目标DNA序列组成及碱基位置不同而有所差异。使用一个次优的碱基编辑器有机会导致错误编辑或产生额外突变，而导致不符理想的结果。目前，为识别数十种现有碱基编辑器的性能，研究员必须耗时费力地逐一测试，令碱基编辑在每个治疗位点上的用途更尽完善；此外，现有的碱基编辑器在许多治疗位点上未能进行精确编辑。尽管全球都在努力尝试，但以传统方法创建新碱基编辑器仍需花上数个月甚至数年时间。


研究结果

港大医学院研究团队成功将早前开发的先进技术CombiSEAL[1]及碱基编辑报告系统合并，建立一个新平台（下称平台），可快速构建出数百种或以上的碱基编辑器变体，各变体具有不同脱氨酶和建基于CRISPR/ Cas9的DNA识别结构域，这些变体的兼容性和性能尚需一一进行识别和比较。团队进而运用平台来大量读取每个变体的编辑效率、纯度、DNA序列组成偏好以及在人类细胞中产生单一和多个碱基转换的偏差，从而在最短时间、最少误差的情况下，挑选出最适用于基因治疗的变体。

为提高现有碱基编辑器系统的效率，团队进一步拓展平台的应用至改造单链向导RNA (sgRNA) 骨架的茎环2区域，并于碱基编辑器系统中进行筛选，成功辨识出两个优于原生型的新骨架变种，SV48及SV240，可达致更高（高达2.2倍）的碱基编辑效率。

此外，团队证明了平台不仅能识别和筛选碱基编辑器，更兼容其他精确基因编辑器系统，如先导编辑器 (prime editors)。对于碱基编辑器无法纠正的治疗情况，先导编辑器有助扩大平台搜寻范围，以找出其他适合的编辑器修正基因突变。


研究意义

新平台功能强大，有效加快研发新一代精确基因编辑器及应用于未来治疗。港大医学院生物医学学院副教授黄兆麟博士解释：「这就像在商店中的快捷结账通道。由于所有货品（即碱基编辑器变体）均带有特殊标记，在使用自助结账机扫描时，我们只需将所有货品一次过放入结账机的篮子中，扫描仪即可自动识别所有货品并完成付款（即在我们的案例中进行碱基编辑性能分析）。这样就无需扫描每件货品，就如不需逐一测试每个碱基编辑器。」


研究团队

此项研究由港大医学院生物医学学院副教授黄兆麟博士领导。第一作者为港大医学院生物医学学院博士生方凯俊，并得到博士后研究员褚恺宜博士和周鹏博士的协助。


鸣谢

此项研究得到香港研究资助局 (17102022, 17101820)、国家自然科学基金优秀青年科学基金 (32022089) 及香港特别行政区政府创新科技署InnoHK创新香港研发平台肿瘤及免疫学研究中心资助。

[1] Choi G.C.G., et al. Combinatorial mutagenesis en masse optimizes the genome editing activities of SpCas9. Nature Methods 16, 722-730 (2019)