楊力研究組與上?？萍即髮W生命學院陳佳研究組和中國科學院神經科學研究所劉真研究組等合作報道了一類基于CRISPR/Cas12a的新型堿基編輯系統BEACON及其在體內的安全應用。相關工作以“Cas12a base editors induce efficient and specific editing with low DNA damage response”為題，于當地時間6月2日在國際知名學術期刊《細胞報告》（Cell Rep）發表。
由DNA突變所引起的遺傳性疾病，存在發病原因多樣、患者眾多、傳統治療方法效果差、費用高等特點。雖然利用CRISPR/Cas堿基編輯技術及最近融合了CRISPR/Cas和堿基編輯酶的堿基編輯器（Base editors, BEs）理論上能夠矯正引發疾病的DNA突變，但是存在包括引起基因組DNA損傷、激活DNA損傷修復通路進而導致細胞的凋亡等一系列安全問題。為了解決這一安全性問題，研究人員對前期基于dCas12a（Li et al., Nat Biotechnol 2018）或者是nCas9（Wang et al., Cell Rep 2017; Wang et al., Nat Biotechnol 2018）構建的一系列BEs開展比較研究，發現雖然前期構建的dCas12a-BEs具有堿基編輯效率低下的缺點，但是其僅存在與對照一致的本底水平DNA損傷響應，提示dCas12a-BEs可能具有更高的安全性。為了提高dCas12a-BEs的堿基編輯效率，研究人員通過篩選和蛋白質工程改造等方法構建了基于hA3A和dCas12a的新一代堿基編輯系統BEACONs（Base Editing induced by human APOBEC3A and Cas12a without DNA break）。與目前所有的堿基編輯器相比，BEACON系列堿基編輯器在基因組產生高效堿基編輯的同時，僅具有本底水平的DNA損傷激活應答和本底水平的轉錄組RNA脫靶。更為重要的是，BEACON系統在小鼠動物體內也成功實現了精準、安全的堿基編輯。BEACON具備前期一系列堿基編輯系統的有效性、精準性和安全性，為堿基編輯系統在基礎研究及未來臨床領域的全面深入應用提供了更優的選擇。在研究中，研究人員還構建了新一代的全轉錄組RNA編輯檢測計算分析流程RADAR（RNA-editing analysis-pipeline to decode all-twelve-types of RNA-editing, https://github.com/YangLab/RADAR），可以準確高效地檢測堿基編輯中存在的RNA水平脫靶效應。
楊力研究員長期從事核酸系統生物學及相關新技術拓展研究，近期通過大數據整合分析在轉錄組水平揭示了不同核酸編輯和修飾的互作調控及其機制（Mol Cell 2018），與陳佳研究組等合作揭示了DNA堿基編輯與DNA損傷修復的互作及相關分子機制（Nat Struct MolBiol 2018）、并進一步創建了多種高效基因組堿基編輯新體系（Cell Res 2017; Nat Biotechnol 2018a; Nat Biotechnol 2018b；Genome Biol 2019）。該項最新報道的BEACON系統綜合了前期不同堿基編輯器的優點，是在楊力研究員、陳佳教授、劉真研究員共同指導下，主要由中科院上海營養與健康研究所計算生物學博士研究生王瀅和上?？萍即髮W生命學院博士研究生王瀟、丁誠峰、于文霞，中科院神經科學研究所博士研究生何思婷，上科大免疫化學研究所研究員楊貝共同完成。上科大生命學院黃行許教授和周智教授等也參與了該項合作研究。該研究使用的高通量測序數據由PICB Omics Core完成，并儲存于PICB大數據中心（NODE: OEP000822）和NCBI（GEO: GSE145552）。值得一提的是，博士研究生王瀅在楊力研究員的指導下也參與了一種雙功能A&C-BEmax系統的構建和應用工作，主要是利用大數據挖掘和計算分析，揭示了A＆C-BEmax系統在臨床上可同時靶向糾正～200個報道的致病突變，相關研究成果發表在近日的Nat Biotechnol。（科技處）
論文鏈接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(20)30700-2
圖：BEACON堿基編輯器的構建、特點及應用
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