Science Advances | 刘涛、李默研究团队开发CRISPR非天然氨基酸偶联技术提高基因编辑效率

2020年4月8日，国际著名期刊Science子刊Science Advances（IF 12.8）在线刊登了我室刘涛研究员与北医三院李默研究员团队的最新研究成果 “Improving the Efficiency of Precise Genome Editing with Site-Specific Cas9-Oligonucleotide Conjugates”。

基因编辑技术近年来飞速发展，CRISPR/Cas9技术因其低成本简单高效，极大的助力了基因治疗时代的到来。利用CRISPR/Cas9对靶基因进行切割，进而通过供体DNA模板介导的同源重组修复机制来实现精准基因编辑具有广泛的应用前景。然而在哺乳动物细胞中的同源重组的效率很低，大大限制该技术的应用。如何提高同源重组频率从而提高精准基因编辑效率是CRISPR/Cas9在生物医药领域应用中亟待解决的重要问题之一。

基于这一科学问题，刘涛和李默研究团队通过基因密码子扩展技术将含有叠氮基团的非天然氨基酸定点修饰到Cas9蛋白上，通过直接或者间接与DBCO修饰的oligo-DNA发生点击化学反应，将供体DNA固定在Cas9蛋白上，将DNA精准运送至靶DNA区，增加在切割部位的供体DNA的浓度，在发生切割后，能够迅速提供修复模板从而提升重组效率。非共价组装方式更是提供了通用的蛋白核酸偶联平台，利用碱基互补配对实现无修饰的供体DNA的高效体外组装导入细胞，在细胞水平展现出10倍的同源重组水平的提高。在小鼠胚胎细胞中通过显微注射法导入核酸偶联复合物，在不同剂量组均展现出高效的精准基因敲入的效果，该技术为CRISPR/Cas9用于体外细胞精准编辑，高效构建动物模型提供有力的技术方法。

利用叠氮化学修饰Cas9直接或间接偶联供体DNA提高同源重组效率

刘涛研究员以及北京大学第三医院生殖中心李默研究员为本研究论文的通讯作者。刘涛团队博士研究生凌鑫宇和博士后高小芹以及李默团队博士后谢炳腾为论文的共同第一作者，北京大学天然药物及仿生药物国家重点实验室为第一责任通讯单位。该工作获得了国家自然科学基金（91853111, 21922701, 81871160, and 21778005），国家重点研发计划（2016YFA0201400），重大新药创制专项（2019ZX09739001）以及北京大学临床+X项目(PKU2019LCXQ002 and PKU2020LCXQ029)的资助。

左起：凌鑫宇，刘涛，高小芹

论文链接：https://advances.sciencemag.org/content/6/15/eaaz0051

【作者简介】

刘涛，北京大学药学院特聘研究员，博士生导师，分子与细胞药理系主任，天然药物及仿生药物国家重点实验室独立PI。北京大学百人计划，国家自然科学基金优青获得者。发表科研论文近30篇，代表论文包括J Am Chem Soc, Science Advances, PNAS, Cell Chem Biol, Angew Chem, J Med Chem, ACS Chem Biol,等。主要研究方向包括生物技术在生物药物研发以及疾病机理解析中的应用。发展了含有人造氨基酸的蛋白创新药物，应用在肿瘤及基因治疗等多种领域，从而促进了生物药物的升级换代。获得2018年中国药学会以岭生物医药奖青年奖以及2019年拜耳研究员奖。

李默，北京大学第三医院研究员、博士生导师；国家自然科学基金委优青。主要从事DNA损伤与癌症发生的分子机制。发表SCI论文40余篇，总引用次数1000余次，代表论文包括Cancer Cell、Cell Research、Nature Chemical Biology、Genes & Development、Science Advances、PNAS、Cancer Research等。

（编辑：宋书香）