重建蛋白整体构象提升碱基编辑器纯度和精准性

以下文章来源于NBiotechnology，作者NBT自然-生物技术

研究背景

    碱基编辑技术能够在不依赖DNA双链断裂的情况下实现基因组精准碱基替换，避免了CRISPR-Cas9等核酸酶系统因双链断裂引发的染色体碎裂或重排等细胞毒性风险，成为基因编辑领域的重要工具。然而，现有碱基编辑器存在一些局限性：除目标碱基替换外，易产生非目标类型的碱基替换及indel副产物；其编码的脱氨酶组分还可能引发不依赖Cas蛋白的DNA和RNA脱靶效应，导致编辑产物纯度不足和潜在安全隐患。因此，在保持高效编辑活性的同时，提升目标编辑产物纯度、降低indel及脱靶效应，是碱基编辑技术体内应用的关键挑战。

结果与展望

    北京齐禾生科生物科技有限公司赵天萌团队设计了一种“环化重排+脱氨酶内嵌”策略，重构碱基编辑蛋白整体构象，并筛选获得了一种显著优化的新型碱基编辑器QBEmax。对细胞内源靶点的编辑结果显示，QBEmax在保持与BE4max相当的高效编辑能力的同时，产生的indel副产物显著降低，平均降幅达56.6%；目标编辑产物纯度则显著提高，达99.4±0.4%。通过R-loop实验和转录组测序分析了QBEmax的脱靶效应，结果显示，相较于BE4max，QBEmax在DNA层面的脱靶降低40-83%，RNA层面脱靶降低29%，编辑的精准度得到显著提升。

    CAR-T细胞疗法是一类重要的新型靶向细胞疗法。前人的研究表明，利用基因编辑敲除多个特定基因有助于CAR-T细胞在体内的扩增、维持，并提升其肿瘤杀伤能力。此类应用场景对碱基编辑产物的纯度提出了更高的要求，因非纯编辑产物可能导致额外的碱基突变，引发风险。在本研究中，研究人员利用QBEmax同时敲除了被报道可能与免疫排异和GvHD相关的5个靶基因(CISH, Fas, PD-1, TGFBR2, TRAC)。结果显示，QBEmax在实现高效多重编辑的同时，indel显著减低，产物纯度显著提高。在Jurkat细胞系中的表现类似。

    研究人员利用AlphaFold3预测了QBEmax蛋白-sgRNA-target DNA三元结构，并进行了分子动力学模拟和溶剂可及性分析，结果显示，QBEmax的“环化重排+脱氨酶内嵌”设计使其呈现出更为稳定及更为紧凑的整体结构，内嵌的脱氨酶在整体蛋白空间上具有更小的自旋半径，推测这对R-loop中暴露的单链DNA可能起到一定的保护作用，通过减少UNG的可及性，从而提高了产物纯度，降低了indel和脱靶效应的发生。

    QBEmax高效、高纯度、低indel、低脱靶的特性，有望为包括CAR-T细胞编辑在内的多类精准基因编辑应用场景提供有价值的工具。

图1. QBEmax介导高效精准多重基因敲除

作者简介

    北京齐禾生科生物科技有限公司胡佳成博士为论文第一作者，北京齐禾生科首席技术官赵天萌 (Kevin Zhao) 博士为论文通讯作者。齐禾生科主要致力于开发自主可控的新型精准基因编辑技术及创制卓越生物性状和产品，已在玉米、大豆、小麦、水稻等多个作物的性状改良领域取得显著突破，并取得了高油酸大豆、高产大豆、抗白粉病小麦、耐除草剂小麦及品质改良水稻共计5个植物基因编辑安全证书。

《自然-生物技术》Nature Biotechnology

DOI: 10.1038/s41587-025-02641-9

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QBEmax is a sequence-permuted and internally protected base editor

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