华东师范大学生命科学学院
李大力团队
近期报道开发出了一种全新的
基于IscB的高活性迷你基因编辑工具实现小鼠体内高效编辑
2024年8月22日
国际知名学术期刊《分子细胞》
在线发表这一研究成果
并被选为封面文章！
李大力团队科研成果被选为《分子细胞》（Molecular Cell）封面文章
华东师大生命科学学院研究成果不是第一次
登上国际知名学术期刊封面了！
2017年4月26日，国际著名学术期刊《科学·转化医学》（Science Translational Medicine）封面文章刊发华东师大生命科学学院叶海峰团队科研成果
2019年10月23日，国际著名学术期刊《科学·转化医学》（Science Translational Medicine）封面文章刊发华东师大生命科学学院叶海峰团队科研成果
2022年3月17日，国际顶级期刊《细胞》（Cell）封面文章刊发华东师大生命科学学院马欣然/徐凌燕课题组科研成果
2022年7月28日，国际著名期刊《全球变化生物学》（Global Change Biology）封面文章刊发华东师大生命科学学院朱瑞良教授团队科研成果
此次《分子细胞》封面论文设计图以
长街上的两列灯笼排列有序（代表DNA）
小朋友（eIscB-D）踩着楼梯（eωRNA）
去替换特定位置的灯笼（基因编辑）
巧妙地呈现了基因编辑的奇妙景象
小朋友身形小巧玲珑
一手敏捷地摘下旧灯笼
另一只手挂迅速挂上新灯笼
这一精准而迅速的替换动作
象征着eIscB-D高效、小巧、准确的特点
楼梯绘画为多发卡结构
代表协助高效、精准定位的ωRNA
一款高活性且体积更小的基因编辑工具
具有极大的临床应用价值
以 CRISPR/Cas9 为代表的基因编辑技术在过去的十年里屡屡获奖，已成为当前炙手可热的基因编辑工具，为基础生物学和疾病治疗带来了重大变革。首个基于 CRISPR/Cas9 技术的离体（ex vivo）基因编辑疗法 CASGEVY™ 相继在英国、美国、沙特及欧盟等4个**和地区获批，标志着基因编辑技术已经迈进了临床应用的时代。然而，CRISPR/Cas9 系统仍然存在着一定的局限性，如体积较大导致在体（in vivo）基因疗法受到限制，又如目前适用于肝外基因递送的主要载体是腺相关病毒（AAV），但其包装上限仅4.7kb，单个病毒难以递送 Cas9 等核酸酶及其衍生编辑系统，因此寻找尺寸更小的高活性基因编辑系统对于实现安全高效的体内递送具有重大意义。
2021年，张锋团队通过挖掘和分析发现了一种由 IS200/IS605 转座子超家族编码名为 IscB 的核酸酶。作为 Cas9 可能的进化祖先，氨基酸长度仅约为 SpCas9 的三分之一左右，也利用一段非编码 RNA（ωRNA）引导蛋白识别 DNA。然而，IscB 在哺乳动物细胞中的活性非常有限。以 OgeuIscB 为例，其在 HEK293FT 细胞中编辑效率不到5%。因此，能否通过工程化的改造提高IscB的基因编辑活性，达到与 Cas9 相当的活性是需要解决的首要问题。
图文摘要
此外，先前并没有研究证明IscB在小鼠体内可以产生高效编辑。研究人员首先在小鼠N2a细胞系中针对PCSK9以及Tyr基因进行靶点筛选，测序结果表明eIscB-D在PCSK9-sg29这一靶点可实现58%的编辑效率，在Tyr-sg21靶点的编辑效率为47.1%。研究人员随后通过胚胎注射eIscB-D/eωRNA系统靶向Tyr基因的1号外显子，破坏白化基因的表达，成功制备小鼠白化疾病模型。在F0代，75%（9/12只）突变小鼠实现高效编辑（平均编辑效率为58.8%），其中有5只产生白化表型，编辑效率接近100%。该研究首次证明了eIscB-D不仅可以在鼠源细胞系中产生高效编辑，并且可以通过胚胎注射高效制备疾病动物模型。
一款迷你单碱基编辑工具：
更高效率、更精准
近年来，陆续报道了一系列小型 Cas 蛋白，包括小型 Cas12f 蛋白、其进化上的祖先 TnpB 以及真核同源物 Fanzor。然而，由于 Cas12f 家族只有一个 RuvC 结构域，难以用于碱基编辑、先导编辑等依赖于缺口酶的衍生技术。
由于 IscB 普遍长度在400-500个氨基酸，与胞嘧啶脱氨酶（APOBEC）、腺苷脱氨酶（TadA）或逆转录酶（RT）融合，构建可由单个 AAV 完整包装的迷你碱基编辑器（BE）或先导编辑器（PE），从而实现安全高效的体内递送。
研究人员通过在 RuvC 结构域关键催化位点引入丙氨酸突变，通过筛选，开发了 IscB 切口酶（eIscBH339A），并与腺苷脱氨酶（TadA-8e）和胞嘧啶脱氨酶（hA3A*）分别融合开发出超高活性的微型单碱基编辑器 eiABE 和 eiCBE，最高位编辑效率分别可达到73.6%和79.2%。
总的来说，该团队开发了高活性的 eIscB-D/ eωRNA 系统，并基于此获得了高效的迷你单碱基编辑工具（eiABE和eiCBE）。最后，通过胚胎显微注射技术高效地构建了白化小鼠疾病模型。这个结果极大地增加了单个 AAV 载体安全高效递送迷你基因编辑工具的可能性，丰富了基因编辑工具的应用场景，为将来用于体内基因治疗提供了高效的候选技术。
IscB小组合影
华东师范大学博士研究生薛念念，硕士研究生洪迪珊，博士后张丹以及硕士研究生王茜为本文的共同第一作者，华东师范大学为第一单位，华东师范大学李大力研究员，朱一凡、王立人副研究员为本文的共同通讯作者。华东师范大学生命科学学院刘明耀教授、宋高洁研究员、关玉婷研究员，以及新加坡国立大学胡纯一教授等对本项研究提供了重要支持。该研究受到了上海市教委前沿科学基地、科技部重点研发计划、**自然科学基金以及上海市教委科技创新计划和浦江人才计划等支持。
落实立德树人任务，立足科教兴国战略，华东师大生命科学学院对接**和地方战略需求，强化基础研究前瞻性、战略性、系统性布局。
积极开展有组织的科研，坚持目标导向和自由探索“两条腿走路”，推动基础研究与应用研究相辅相成，学院聚焦“绿色粮仓”“碳中和”“生物**”“脑科学”等研究方向，形成创新研究优势学术群，培育青年人才快速成长，建立了具有国际竞争力的可持续发展学术梯队，实现多学科交叉融合，推动科技创新与人才培养协同发展，形成了青年人才支撑学科长远发展的强大推力，不断提升华东师大生物学及生物医学在国内外的影响力。
来源｜生命科学学院、科技处
编辑｜徐心成
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