脑病变

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通过改造脱氨酶等工具,可靶向多数线粒体致 [复制链接]

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线粒体DNA(mtDNA)编辑为细胞系和动物中线粒体遗传疾病的疾病建模以及未来这些疾病的治疗铺平了道路。然而,支持mtDNA编辑的细菌胞苷脱氨酶DddA衍生的胞嘧啶碱基编辑器(DdCBE)在很大程度上仅限于5-TC环境中的C-to-T转换(例如,TC-to-TT转换),仅适用于生成所有可能的转变(嘌呤到嘌呤和嘧啶到嘧啶)突变的1/8。年4月25日,韩国基础科学研究所Jin-SooKim(音译,金镇洙)团队在Cell在线发表题为“TargetedA-to-GbaseeditinginhumanmitochondrialDNAwithprogrammabledeaminases”的研究论文,该研究该提出了可编程的TALE连接脱氨酶,由定制设计的TALE蛋白、分裂或催化缺陷的DddA变体和工程化的腺嘌呤脱氨酶组成,可诱导人线粒体中的靶向A-to-G编辑。定制设计的TALED在人体细胞中非常有效,可在各种线粒体基因的17个靶位点催化A到G的转换,编辑频率高达49%。总的来说,在短期内,TALED将有助于在细胞系和动物中产生mtDNA突变以创建疾病模型,这是药物开发的重要步骤。在mitomap中列出的90个已确认的致病性mtDNA点突变中,其中42个(=47%)可以使用TALED在人类细胞系或模型生物中产生,从而实现A-to-G转换,而只有9个(=10%)的可以使用催化TC到TT转换的DdCBE来诱导突变。从长远来看,具有更高效率和特异性的TALED可以为纠正胚胎、胎儿、新生儿或成年患者中引起疾病的mtDNA突变铺平道路,预示着线粒体基因治疗的新时代。此外,正如最近DdCBEs所示,编码植物中数百个基因的叶绿体DNA(其中许多基因对光合作用至关重要)可以用植物兼容的TALED进行编辑,从而开启植物遗传学和生物技术的新篇章。另外,年4月4日,博德研究所刘如谦团队在NatureBiotechnology在线发表题为“CRISPR-freebaseeditorswithenhancedactivityandexpandedtargetingscopeinmitochondrialandnuclearDNA”的研究论文,该研究为了提高编辑效率并克服DddA严格的TC序列约束,使用噬菌体辅助的非连续和持续进化来进化具有改进活性和扩大靶向范围的DddA变体。DddA6和DddA11大大提高了全蛋白碱基编辑的有效性和适用性(点击阅读)。

年3月18日,中国农业科学院深圳农业基因组研究所左二伟、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心杨辉、上海脑科学与类脑研究中心/临港国家实验室胥春龙、上海交通大学章美玲共同通讯在CellDiscovery(IF=11)在线发表题为“MitochondrialbaseeditorDdCBEcausesubstantialDNAoff-targeteditinginnucleargenomeofembryos”的研究论文,该研究使用GOTI方法(点击阅读),以评估DdCBE对mtDNA和核DNA修饰的脱靶效应。该研究首次展示了DdCBE在整个核基因组中导致数千个脱靶SNV,这些SNV富含C-to-T/G-to-A转换,这是低保真碱基编辑器BE3产生的SNV数的两倍。总之,该研究发现DdCBE对核基因组具有广泛的脱靶效应,强烈需要优化DdCBE以在mtDNA上进行特定的碱基编辑,特别是在用于治疗线粒体疾病之前(点击阅读)。

年2月1日,上海交通大学章美玲,李文及中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心杨辉共同通讯在CellDiscovery在线发表题为“Humancleavingembryosenableefficientmitochondrialbase-editingwithDdCBE”的研究论文,该研究表明,DdCBE是一种有效的碱基编辑器,可在人类胚胎mtDNA中诱导点突变,并且在8细胞胚胎中的效率要高得多。鉴于旁观者和脱靶编辑特征,DdCBE仍有待进一步优化用于未来的基础和治疗研究。年2月1日,南京医科大学许争锋、沈斌及凌秀凤共同通讯在CellDiscovery在线发表题为“DdCBE-mediatedmitochondrialbaseeditinginhuman3PNembryos”的研究论文,该研究首次证明了在人类3PN胚胎中进行DdCBE介导的线粒体碱基编辑的可行性,表明在人类早期胚胎阶段进行致病性mtDNA突变校正的可能性。理论上,DdCBE可以纠正mtDNA中的一系列致病性AT-to-GC突变,从而达到治疗效果。尽管在3PNmtDNA中检测到的脱靶编辑可能不足以产生表型,但当前的线粒体碱基编辑策略需要进一步优化以满足任何临床应用的需求。年7月8日,博德研究所DavidR.Liu及华盛顿大学医学院JosephD.Mougous共同通讯在Nature在线发表题为“AbacterialcytidinedeaminasetoxinenablesCRISPR-freemitochondrialbaseediting”的研究论文,该研究描述了一种细菌间毒素,将其命名为DddA,它可以催化dsDNA中胞苷的脱氨。该研究设计了无毒且无活性的split-DddA半分子:DddA分割的一部分结构域(转录激活子样效应子阵列蛋白)和尿嘧啶糖基化酶抑制剂的融合,产生了无RNA的DddA衍生的胞嘧啶碱基编辑器(DdCBE),可催化人mtDNA中的CG到TA转化,具有高靶标特异性和产品纯度。该研究使用DdCBEs建模人类细胞中与疾病相关的mtDNA突变,从而导致呼吸速率和氧化磷酸化的改变。不含CRISPR的DdCBE可以精确操纵mtDNA,而不是消除因被靶向核酸酶切割而产生的mtDNA拷贝,这对线粒体疾病的研究和潜在治疗具有广泛的意义(点击阅读)。

人类mtDNA中的各种突变不仅与母系遗传的遗传疾病有关,影响至少全球万的人,而且与衰老和与年龄相关的疾病(包括癌症和糖尿病)有关。在mitomap(

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