12月11日，中國科學院－馬普計算生物學研究所楊力研究組與上海科技大學陳佳研究組和南京醫科大學沈彬研究組合作研究揭示了胞嘧啶脫氨酶（APOBEC）在CRISPR/Cas9引發的DNA斷裂修復過程中產生突變的新機制，并為進一步提高基因組編輯保真度提供了新思路。相關成果以“APOBEC3 induces mutations during repair of CRISPR-Cas9-generated DNA breaks”為題，在線發表在國際知名學術期刊《自然－結構與分子生物學》（Nature Structural & Molecular Biology）上。
CRISPR/Cas9是迄今為止最為便捷高效的基因組編輯技術。雖然其在生命科學基礎研究和生物技術開發等領域被廣泛應用，并在臨床研究中也顯示出了極大的潛力，但由于編輯過程中存在的非靶向突變以及基因治療的不可逆性，CRISPR/Cas9技術的精確性問題一直是科學界關注的焦點。由于APOBEC能夠在DNA單鏈斷裂修復過程中結合單鏈DNA并造成隨機突變，而單鏈核酸（如單鏈寡聚核苷酸和基因組單鏈DNA等）在CRISPR/Cas9引發的DNA修復過程中廣泛存在。因此，評估APOBEC能否在CRISPR/Cas9引發的基因組DNA修復過程中產生突變，對于改進CRISPR/Cas9編輯技術的精確性以及DNA損傷修復等研究都具有重要意義。在該項工作中，研究人員證實了APOBEC能夠作用于單鏈寡聚核苷酸的胞嘧啶位點，并通過CRISPR/Cas9引發的同源重組修復過程，在基因組DNA的同源胞嘧啶位點處產生堿基替換突變；同時，研究人員還發現APOBEC能夠在由Cas9切刻酶引起的基因組DNA單鏈斷裂修復過程中激活堿基切除修復通路進而產生DNA雙鏈斷裂，從而產生非靶向的隨機堿基插入或缺失（insertions/deletions, indels）。基于上述機制研究，研究人員提出了利用雙鏈寡聚核苷酸或者雙鏈質粒DNA作為修復模版、以及抑制內源APOBEC的策略來提高CRISPR/Cas9編輯的保真度和精確性。
楊力研究員長期從事計算生物學和組學研究。在此項最新的合作研究中，研究人員利用計算和實驗相結合的方法體系，闡明了APOBEC在CRISPR/Cas9引起的基因組DNA斷裂修復過程中產生突變的分子機制，并據此成功與陳佳研究組合作開發出了增強型的基因組堿基編輯系統（Wang et al., Cell Research?2017），實現了更高精度和更高效率的堿基編輯。該項研究在楊力研究員、陳佳教授和沈彬教授的共同指導下，由陳佳研究組2014級碩博連讀研究生雷麗群、南京醫科大學/溫州醫科大學聯合培養研究生陳紅全、楊力研究組研究助理薛尉等共同完成。研究得到了上?？萍即髮W黃行許研究組、莊敏研究組、南京醫科大學沙家豪研究組和溫州醫科大學高基民研究組的大力幫助，并受到國家自然科學基金委、科技部、上海市科委和上科大科研啟動基金的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41594-017-0004-6
圖: APOBEC3介導的DNA修復在CRISPR/Cas9基因編輯過程中產生突變的新機制
a.APOBEC在以單鏈寡聚核苷酸為修復模版的同源重組修復過程中產生堿基替換突變。
b.APOBEC在Cas9切刻酶D10A引起的單鏈斷裂修復過程中產生indel突變。
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