传统的CRISPR/Cas9基因编辑技术虽然具有较高的基因敲除效率，但在执行特定的碱基替换（譬如对造成遗传性疾病的点突变进行矫正）时效率通常很低，这极大地限制了CRISPR/Cas9基因编辑的应用。近期，利用CRISPR/Cas9和APOBEC（胞嘧啶脱氨酶）整合而发展出的新型碱基编辑系统（Base Editor, BE），可在单碱基水平（如胞嘧啶向胸腺嘧啶）实现高效率的基因组靶向编辑改造。这种新型碱基编辑系统理论上可对数百种引起人类疾病的基因组点突变进行定点矫正，因此拥有巨大的临床应用潜力。目前已报道的碱基编辑系统均是利用Cas9蛋白（主要是Streptococcus pyogenesCas9, SpCas9和Staphylococcus aureus Cas9, SaCas9）执行与基因组的靶向性结合，而这种靶向性结合依赖于靶点旁侧的PAM（Protospacer Adjacent Motif）序列。SpCas9和SaCas9蛋白所识别的PAM序列多含鸟嘌呤/胞嘧啶（G/C-rich），因此利用已报导的碱基编辑系统无法在腺嘌呤/胸腺嘧啶富集（A/T-rich）区域进行高效的碱基编辑操作。
在这项最新的研究中，科研人员构建了一系列基于CRISPR/Cpf1蛋白的新型碱基编辑器（dCpf1-BE）。由于Cpf1 蛋白可识别富含腺嘌呤/胸腺嘧啶的PAM序列，这种基于Cpf1的新型碱基编辑器实现了在腺嘌呤/胸腺嘧啶富集区域的碱基编辑操作。在拓展了可编辑区域的同时，基于Cpf1的新型碱基编辑器所产生的编辑副产物也较低，因此具有更高的编辑精准度。这种基于Cpf1的新型碱基编辑器与现有的基于Cas9的碱基编辑器可实现碱基编辑的有效互补，为碱基编辑系统在基础研究及未来临床领域的全面深入应用提供了新方法、拓展了新思路。
杨力研究员长期从事计算生物学和组学研究。在此项最新的合作研究中，利用计算和实验相结合的高通量体系，成功开发出一系列基于 Cpf1的新型碱基编辑器系统，实现了在腺嘌呤/胸腺嘧啶富集区域的碱基编辑操作。在与陈佳教授前期的一系列合作研究中，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（Lei et al., 2018, Nature Structural & Molecular Biology）并成功合作开发出了增强型的基因组碱基编辑系统（Wang et al., 2017, Cell Research）。
该工作在杨力研究员、陈佳教授、黄行许教授的共同指导下，由陈佳研究组2014级硕博连读研究生李潇飒、杨力研究组2015级硕博连读研究生王滢和黄行许研究组2014级硕博连读研究生刘亚京等共同完成。该项研究得到了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。该研究使用的高通量测序数据由PICB Omics Core完成，并储存于NCBI （GEO：GSE110136）和PICB大数据中心（National Omics Data Encyclopedia：NODEP00371765）。
文章链接：https://www.nature.com/articles/nbt.4102
Cas9碱基编辑器与Cpf1碱基编辑器的特点比较
