Nature子刊：胥春龙/周英思/胡纯一团队改造微型基因编辑工具TnpB-ωRNA，用于体内基因治疗

近年来CRISPR基因编辑技术得到了快速的发展，但大部分CRISPR工具尺寸较大，如Cas9、Cas12蛋白尺寸通常超过1000个氨基酸，限制了在体内基因编辑治疗方面的应用。最近研究表明Cas12家族的祖先蛋白TnpB核酸酶具有最小的蛋白尺寸。然而，微型TnpB核酸酶在动物体内的活性和治疗潜力尚待研究。

2024年1月27日，临港实验室、上海脑科学与类脑研究中心胥春龙团队联合辉大基因周英思团队、新加坡国立大学胡纯一团队，在 Nature Communications 期刊上发表了题为：Engineering a transposon-associated TnpB-ωRNA system for efficient gene editing and phenotypic correction of a tyrosinaemia mouse model 的研究论文。

该研究通过工程化改造优化了TnpB-ωRNA基因编辑工具，并证明了其能够在小鼠模型中进行高效的体内编辑，而且通过单个腺相关病毒（AAV）向肝脏递送改造后的TnpB-ωRNA，成功实现了对小鼠模型中酪氨酸血症的治疗，预示微型TnpB编辑工具在疾病基因编辑治疗方面的巨大潜力。

研究团队通过设计高效的报告系统，对TnpB的ωRNA进行了多轮工程化改造，获得了序列较短且高活性的ωRNA变体——ωRNA*。为了探究TnpB-ωRNA*在小鼠细胞和组织中的活性，研究团队针对小鼠基因的数个位点设计了gRNA，发现 TnpB-ωRNA*具有最佳的编辑效率，并且其在小鼠胚胎中也表现出良好的编辑效果，同时也成功制备了杜氏肌营养不良症的模型小鼠。

研究团队进一步验证了单个AAV递送TnpB-ωRNA*在成年小鼠中治疗疾病的可行性，使用I型酪氨酸血症（HTI）小鼠模型，这是一种由Fah基因功能缺失突变引起的致命代谢性疾病模型。过去的研究表明，该疾病可以通过编辑Hpd基因进行治疗。研究团队设计靶向Hpd基因的AAV-TnpB-ωRNA*载体对疾病小鼠进行治疗。结果显示，对照组小鼠在65天内全部因为肝损伤死亡，而AAV- TnpB-ωRNA*治疗可以挽救模型小鼠的死亡，并且治疗组小鼠在整个观察期内表现出体重的稳定增长，而对照组小鼠的体重则不断减轻直至死亡。此外，与对照组小鼠肝脏相比，治疗组小鼠的肝脏中发现了高水平Hpd基因编辑效率，其肝切片免疫染色和western blot也显示Hpd表达水平显著降低。同时，H&E染色与肝脏相关代谢生物标志物检测结果表明，HT1小鼠在接受AAV- TnpB-ωRNA*治疗后，其功能失调的酪氨酸代谢也得到了显著改善。

TnpB-ωRNA基因编辑系统的改造与应用

为了证明TnpB-ωRNA*在更多疾病干预中的广泛应用前景，研究团队利用其他基因靶点进行了测试，例如对治疗遗传性血管性水肿（HAE）有效的Klkb1基因靶点。小鼠实验结果证明，AAV-TnpB-ωRNA*对Klkb1基因也显示出较好的成体编辑效率。

最后，研究团队使用PEM-seq技术对TnpB-ωRNA基因编辑细胞进行了全基因组脱靶分析, 未检测到TnpB-ωRNA介导的脱靶编辑事件，说明TnpB-ωRNA具有较好的基因编辑安全性。

总的来说，该研究首次展示了工程化改造ωRNA*可以显著提高TnpB编辑活性，而且证明了改造后的TnpB-ωRNA*在模型制备和遗传疾病基因编辑治疗中的应用潜力，为将来改造和优化TnpB-ωRNA*基因编辑技术来干预更多疾病奠定了基础。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-45197-z

转自：“生物世界”微信公众号

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