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天津工业生物所在GBE碱基编辑修复机制解析方面取得重要进展
  发布时间:2021-12-09    供稿部门:合成生物技术研究组

  糖基化酶碱基编辑器(Glycosylase base editorsGBE)是基于CRISPR/Cas系统发展起来的新型靶基因修饰技术,它能够利用DNA损伤的修复机制对特定的碱基实现精准编辑。具体的,由脱氨酶APOBEC1Cas9Ung组成的蛋白复合物(GBE)在sgRNA的引导下,特异性地在靶位点产生无嘌呤/无嘧啶(AP)位点和裂口,然后通过细胞DNA修复系统进行碱基修复,最终在哺乳动物细胞中可以实现CG的碱基互相替换。GBE碱基编辑器自被开发以来,因其高效、不依赖DNA双链断裂产生、无需供体DNA参与等优势,目前已经广泛应用于基因治疗、动物模型构建、精准动物育种和基因功能分析等领域,为基础和应用研究提供了强大的技术工具。但是,GBE碱基编辑器介导的C-to-GG-to-C)碱基突变过程需要各种 DNA 修复系统来完成碱基的转换,而DNA修复系统在碱基编辑过程中的分子机制和作用目前尚不清楚。 

  近日,中国科学院天津工业生物技术研究所毕昌昊研究员带领的合成生物技术研究团队、张学礼研究员带领的微生物代谢工程团队在GBE碱基编辑修复机制解析方面取得重要进展。通过将碱基编辑器 nCas9-PmCDA1 应用于野生型酿酒酵母及其编码跨损伤 DNA 合成 (TLS) 聚合酶的基因被敲除的衍生菌株中,阐明了Ung 导致形成的 AP 位点在启动DNA修复时与聚合酶 Polζ 相互作用同时介导了C-to-G C-to-A 的转换过程。同时,Rev1PolδPolη三种TLS聚合酶在碱基编辑过程中也扮演了重要的角色。其中,Rev1在修复过程中特异性地将Cs安装到与AP 位点的互补位置以引起显著的 C-to-G 转换,Polδ AP 位点的对面安装 Ts As以导致 C to A C to T 的转换,而Polη 则不参与碱基编辑器导致的 AP 位点修复过程。此外,碱基编辑过程中引起的插入缺失突变(Indels)主要是由 AP 位点的破坏所引起的。该研究工作首次阐明了TLS聚合酶在胞嘧啶碱基编辑过程中的关键作用,为碱基编辑技术的发展指明了一个新方向。 

  该研究工作得到合成生物学国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持,相关研究结果发表于ACS Synthetic Biology杂志。天津工业生物所客座硕士研究生蒋国、王杰、陈旭旭和副研究员赵东东是该论文的共同第一作者,张学礼、毕昌昊以及广西师范大学生命科学院周祖平教授为论文的共同通讯作者。 

  

GBE碱基编辑的修复机制 

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