Nature Biotechnology | 北京大学魏文胜团队报道新型线粒体碱基编辑器

线粒体DNA (mtDNA)突变与许多人类疾病有关，其中约95%是可以使用碱基编辑方法纠正的点突变。因此，对mtDNA碱基编辑技术的需求很高，这可能有助于理解这些疾病的发病机制和开发治疗方法。

2023年5月22日，北京大学魏文胜团队在Nature Biotechnology 在线发表题为“Strand-selective base editing of human mitochondrial DNA using mitoBEs”的研究论文，该研究提出了一种线粒体DNA碱基编辑器(mitoBEs)，它结合了转录激活因子样效应物(TALE)融合的缺口酶和脱氨酶，用于线粒体DNA的精确碱基编辑。

大多数患有线粒体疾病的人类细胞具有存在于多个拷贝中的异质mtDNA。突变型mtDNA与野生型mtDNA共存，野生型与突变型mtDNA的比例通常与临床表型的严重程度相关。研究人员将线粒体靶向序列与无RNA的可编程核酸酶(如TALE核酸酶(TALENs))融合，以实现突变mtDNA的靶向降解，并增加野生型mtDNA5-8的比例。然而，这些方法不适合治疗涉及同质突变的线粒体疾病，也不支持引入新的序列变化。

最近，DdCBEs (ddda衍生胞嘧啶碱基编辑器)和TALEDs(转录激活因子样效应连接脱氨酶)被开发出来，分别在mtDNA中实现A-to-G或C-to-T的转化。DdCBEs涉及将分裂的DddA半段、TALE阵列蛋白和尿嘧啶糖基酶抑制剂(UGI) 融合，而TALEDs则结合TALE、DddA和脱氨酶在线粒体中实现A-to-G编辑。DdCBEs和TALEDs都在编辑窗口内对双链DNA (dsDNA)的两条链进行碱基脱胺。然而，单一的TALE结合可能导致分裂的DddA半部分脱靶效应。此外，DddA与CTCF的直接或间接相互作用可导致核基因组的广泛脱靶效应。

rAPOBEC1和UGI联合的线粒体C-to-T碱基编辑（图源自Nature Biotechnology ）

通过将线粒体定位的可编程TALE结合蛋白与nickase MutH或Nt.BspD6I(C)以及单链DNA特异性腺嘌呤脱氨酶TadA8e或胞嘧啶脱氨酶ABOBEC1和UGI结合，该研究实现了A-to-G或C-to-T碱基编辑，效率高达77%，特异性高。该研究发现，mitoBEs是DNA链选择性线粒体碱基编辑器，其编辑结果更有可能保留在非缺口DNA链上。此外，通过递送环状RNAs编码的mitoBEs来纠正患者来源细胞中的致病性线粒体DNA突变。总之，mitoBEs是有效和精确的碱基编辑工具，在线粒体基因组编辑方面具有广泛的适用性。这些工具将广泛用于基础研究和治疗与线粒体缺陷相关的疾病。

北京大学魏文胜课题组博士后伊宗裔、博士研究生张小雪为论文的共同第一作者，唐玮、于莹、魏晓旭和张雪对文章也作出了重要贡献。该研究项目得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、北京市科委生物医学前沿创新推进项目、北大-清华生命科学联合中心、昌平实验室和中国博士后科学基金的支持。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41587-023-01791-y

转自：“iNature”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！