近日，中国农业大学的吴森和杜旭光教授领导的研究团队在Science China Life Sciences(《中国科学：生命科学（英文版）》)期刊上发表题为“Versatile and efficient mammalian genome editing with Type I-C CRISPR System of Desulfovibrio vulgaris”的突破性研究成果。该研究展示了来源于Desulfovibrio vulgaris (简称Dvu) 的I-C型CRISPR系统的优化及其在哺乳动物基因组编辑中的应用。
研究团队通过基因序列优化，显著提升了Dvu I-C CRISPR系统在哺乳动物细胞中的编辑效率。采用PAM-in
crRNAs策略，该系统能够在哺乳动物细胞和体内实现高效的目标片段删除。实验结果表明，所有编辑限定在了crRNAs指定的范围内，且大部分编辑为杂合子。研究团队利用该系统对猪的原代成纤维细胞的CD163基因进行编辑后进行体细胞核移植，成功培育出了抗蓝耳病的基因修饰仔猪 (图1)，验证了Dvu I-C系统在基因治疗和创建疾病动物模型方面的巨大潜力。
图1 通过Dvu I-C 型编辑器改造的原始猪成纤维细胞可用作供体，成功克隆出基因编辑仔猪
研究者还利用Dvu I-C CRISPR系统和PAM-in crRNAs在人类HEK293T细胞中的HPRT位点实现了大基因片段的精确替换，展示了该系统在人类细胞中进行大基因片段遗传修饰的能力(图2)。通过改造，Dvu I-C CRISPR系统成为了一个多功能基因编辑平台。移除Cas3c后，Dvu-Cascade复合体可以作为类似失活的spCas9的DNA靶向和结合工具。通过融合VPR转录激活因子，该系统被改造为Dvu-VPR基因激活工具。同时，TadA8e脱氨酶的融合产生了Dvu-ABE腺嘌呤碱基编辑器，实现了A-to-G的高效碱基转换 (图3)，而融合了胞嘧啶脱氨酶的Dvu-CBE胞嘧啶碱基编辑器则实现了C-to-T的高效编辑 (图4)。
图3 Dvu-ABE系统可实现高效的A>G的碱基编辑
图4 Dvu-CBE系统可实现高效的C>T的碱基编辑
Dvu I-C CRISPR系统不仅展现了在哺乳动物细胞中进行基因编辑的高效率性和多功能性，而且脱靶检测分析证实了其高特异性(图5)，为基因编辑领域提供了一个更为安全和有效的新型工具。该研究对于推动基因治疗、疾病模型建立以及生物医学研究具有重要意义。
图5 Dvu-ABE系统的脱靶性检测
该论文的共同第一作者为中国农业大学博士后李攀和博士生董鼎才，吴森教授和杜旭光教授担任共同通讯作者。中国农业大学的赖锦盛教授、何诚教授以及美国犹他大学的Lara Carroll教授也为研究做出了重要贡献。项目得到了国家重点研发计划项目和中国博士后科学基金项目的资金支持。
https://doi.org/10.1007/s11427-023-2682-5
