中国科学家揭示基因编辑过程中产生突变的新机制
来源：生物360
日前，上海科技大学生命学院陈佳教授与中国科学院 - 马普计算生物学研究所研究员、生命学院特聘教授杨力及南京医科大学沈彬教授合作，共同揭示了胞嘧啶脱氨酶（APOBEC）在 CRISPR/Cas9 引发的 DNA 断裂修复过程中产生突变的新机制，并为进一步提高基因组编辑保真度提供了新思路。12 月 12 日，相关成果以“APOBEC3 induces mutations during repair of CRISPR-Cas9-generated DNA breaks”为题，在国际知名学术期刊《自然－结构与分子生物学》（Nature Structural & Molecular Biology）上在线 发表 。
CRISPR/Cas9 是迄今为止最便捷高效的基因组编辑技术。虽然其在生命科学基础研究和生物技术开发等领域被广泛应用，并在临床研究中也显示出了极大的潜力，但由于编辑过程中存在的非靶向突变以及基因治疗的不可逆性，CRISPR/Cas9 技术的精确性问题一直是科学界关注的焦点。陈佳教授的前期工作发现了 APOBEC 能够在 DNA 单链断裂修复过程中结合单链 DNA 并造成随机突变（Chen et al., 2014,eLife），而单链核酸（如单链寡聚核苷酸和基因组单链 DNA 等），在 CRISPR/Cas9 引发的 DNA 修复过程中广泛存在。因此，评估 APOBEC 能否在 CRISPR/Cas9 引发的基因组 DNA 修复过程中产生突变，对于改进 CRISPR/Cas9 编辑技术的精确性以及 DNA 损伤修复等研究都具有重要意义。
在该项工作中，研究人员证实了 APOBEC 能够作用于单链寡聚核苷酸的胞嘧啶位点，并通过 CRISPR/Cas9 引发的同源重组修复过程，在基因组 DNA 的同源胞嘧啶位点处产生碱基替换突变；同时，研究人员还发现 APOBEC 能够在由 Cas9 切刻酶引起的基因组 DNA 单链断裂修复过程中激活碱基切除修复通路进而产生 DNA 双链断裂，从而产生非靶向的随机碱基插入或缺失（insertions/deletions, indels）。基于上述机制研究，研究人员提出了利用双链寡聚核苷酸或者双链质粒 DNA 作为修复模版、以及抑制内源 APOBEC 的策略来提高 CRISPR/Cas9 编辑的保真度和精确性。陈佳教授长期从事 DNA 损伤修复的机制研究，在此项最新的研究中, 他阐明了 APOBEC 在 CRISPR/Cas9 引起的基因组 DNA 断裂修复过程中产生突变的分子机制，并据此成功开发出了增强型的基因组碱基编辑系统（Wang et al., 2017,Cell Research），实现了更高精度和更高效率的碱基编辑。
该论文中，陈佳研究组 2014 级硕博连读研究生雷丽群、南京医科大学 / 温州医科大学联合培养研究生陈红全、杨力研究组研究助理薛尉等为共同第一作者，陈佳、杨力、沈彬为共同通讯作者，上科大为第一完成单位。研究得到了我校生命学院黄行许教授研究组、庄敏教授研究组、南京医科大学沙家豪教授研究组和温州医科大学高基民教授研究组的帮助，并得到国家自然科学基金委、科技部、上海市科委和上科大科研启动基金的支持。
a，APOBEC 在以单链寡聚核苷酸为修复模版的同源重组修复过程中产生碱基替换突变。
b，APOBEC 在 Cas9 切刻酶 D10A 引起的单链断裂修复过程中产生 indel 突变。
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