近年来，刘如谦团队等在CRISPR-Cas系统的基础上，开发了新一代基因编辑系统——碱基编辑（BE）、先导编辑（PE）。其中，碱基编辑能够在基因组靶位点有效地转换单个碱基，而不会引起DNA双链断裂。目前，研究人员已经开发了CBE、ABE、CGBE、AYBE等多种碱基编辑器。
IscB被认为是Cas9的祖先，具有与Cas9相似的结构域，但IscB较小的体积更适合通过腺相关病毒（AAV）进行递送，被认为是开发微型碱基编辑器的理想候选者。2024年7月8日，芝加哥大学汤玮欣团队与耶鲁大学可爱龙团队合作，在 Nature 子刊 Nature Chemical Biology 上发表了题为： Assessing and engineering the IscB–ωRNA system for programmed genome editing 的研究论文【1】。该研究通过工程改造，开发了增强型OgeuIscB-ωRNA系统，在人类基因组中实现了高效且特异性的基因编辑和碱基编辑。IscB-ωRNA是CRISPR-Cas9的祖先，因其体积小巧且机制与Cas9相似，是一种有吸引力的体内基因组编辑系统。然而，野生型IscB-ωRNA系统在人类细胞中的编辑活性有限。在这项研究中，研究团队开发了增强型OgeuIscB，其相比野生型OgeuIscB具有8个氨基酸替换，在体外DNA结合亲和力方面增加了4倍，在人类细胞中诱导插入-删除（indel）的效率提高了30.4倍。增强型OgeuIscB-ωRNA系统在人类基因组的26个靶位点进行了有效编辑，插入-删除效率高达87.3％，碱基编辑效率高达62.2％。野生型和工程化改造的OgeuIscB-ωRNA在编辑人类基因组时均表现出中等的保真度，脱靶情况揭示了靶标选择的关键决定因素，包括NARR靶标邻近基序（TAM）和R-loop中靠近TAM的14个核苷酸。总的来说，该研究开发的工程化改造的OgeuIscB-ωRNA系统是可编程的，有效的，并且对人类基因组编辑具有足够的特异性。 2024年7月8日，上海科技大学马涵慧团队在 Nature 子刊 Nature Chemical Biology 上发表了题为：Engineering miniature IscB nickase for robust base editing with broad targeting range 的研究论文【2】。该研究通过对OgeuIscB-ωRNA进行了工程化改造，开发了基于IscB切口酶（IcsB nickase）的微型碱基编辑器——IminiBE和SIminiBE，相比基于野生型IscB切口酶的碱基编辑器，IminiBE和SIminiBE的编辑效率更高，可靶向编辑的基因组范围也更广泛。单碱基突变是致病基因突变的主要形式之一，碱基编辑器有望治愈这些单碱基突变导致的遗传疾病。将碱基编辑器高效递送到人体内的特定组织对于遗传性疾病治疗至关重要。腺相关病毒（AAV）是目前最广泛使用的体内递送载体，具有高效、组织特异性和低免疫原性等优势，然而，所有基于SpCas9的碱基编辑器都超过了AAV载体的容纳范围（约4.7kb）。因此，降低碱基编辑器的尺寸，对基于碱基编辑的基因疗法至关重要。 2021年9月，张锋团队在 Science 期刊发表论文【3】，发现了一类广泛的转座子编码的RNA引导核酸酶，并将其命名为OMEGA系统（包括IscB、IsrB、Tnp8），它们同样使用一段RNA（ωRNA）来指导切割DNA双链。其中IscB–ωRNA系统被认为是CRISPR–Cas9系统的祖先，更重要的是，IscB非常小，只有400多个氨基酸，这意味着它们可被开发为新的微型化基因编辑工具，从而更容易被递送到细胞内。之后，张锋、可爱龙等人发表了了一系列论文，解析了IscB-ωRNA的结构，及其切割DNA的机制。OgeuIscB是一种来自人类肠道宏基因组的IscB，由496个氨基酸组成，其大小不到 SpCas9（1368个氨基酸）的 37%。IscB与Cas9具有相似的结构域组织，其中HNH结构域切割模板链，RuvC结构域切割非模板链。Cas9切口酶（D10A，RuvC突变体）介导的碱基编辑器已实现了高碱基编辑效率。因此，IscB成为开发的RNA引导的切口酶介导的微型碱基编辑器的理想候选者。在这项最新研究中，为了改善哺乳动物细胞中OgeuIscB编辑效率低下的问题，马涵慧团队对OgeuIscB及其同源ωRNA进行了工程化改造，以产生由IscB切口酶（IscB-D61A）介导的碱基编辑器。其中，IminiCBE用于C-to-T转换，IminiABE用于A-to-G转换，IminiCGBE用于C-to-G转换，IminiAYBE用于A-to-Y转换。研究团队进一步证明了IminiCBE（平均编辑效率为67%）和IminiABE（平均编辑效率为52%）的强大编辑效率。马涵慧团队还将一种非特异性的双链DNA结合蛋白Sso7d融合到工程化的IscB切口酶的N端，使其对低编辑效率位点的编辑效率提高了约2-3倍，研究团队将其命名为——SIminiBE。此外，IminiCBE和SIminiCBE可以识别NNRR、NNRY和NNYR的靶向邻近基序，从而拓宽了野生型IscB切口酶（靶向邻近基序为NWRRNA）的编辑范围，总体而言，IminiBE和SIminiBE是一类高效、方便的微型碱基编辑器，位点特异性的微型碱基编辑器。1. https://www.nature.com/articles/s41589-024-01669-32. https://www.nature.com/articles/s41589-024-01670-w3. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj6856
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