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單堿基編輯實驗

簡要描述:單堿基編輯實驗是一種基于CRISPR系統的精準基因編輯技術,可在不誘導DNA雙鏈斷裂(DSB)的前提下,直接實現基因組中單個堿基的定向轉換。其核心突破在于規避了傳統CRISPR-Cas9依賴的DSB修復路徑(如易出錯的NHEJ),顯著提升編輯安全性與精確度。

  • 更新時間:2025-07-24 16:16:52
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詳細介紹

一、單堿基編輯實驗技術定義與核心突破

單堿基編輯是一種基于CRISPR系統的精準基因編輯技術,可在不誘導DNA雙鏈斷裂(DSB)的前提下,直接實現基因組中單個堿基的定向轉換。其核心突破在于規避了傳統CRISPR-Cas9依賴的DSB修復路徑(如易出錯的NHEJ),顯著提升編輯安全性與精確度。

生物學意義:58%的人類遺傳性疾病由單堿基突變(SNVs)引起,該技術為這類疾病提供了革命性治療策略。


二、分子機制與核心組件

1. 編輯原理

單堿基編輯通過融合催化失活的Cas9蛋白(dCas9或切口酶nCas9)與堿基脫氨酶,形成復合物實現對目標堿基的定向修改:

  • 脫氨反應:脫氨酶將特定堿基轉化為中間產物(如胞嘧啶→尿mi啶,腺嘌ling→次黃嘌ling)。

  • 細胞修復:DNA修復機制將中間產物轉化為目標堿基(如尿mi啶→胸腺嘧啶,次黃嘌ling→鳥嘌ling)。

2. 編輯流程

3. 編輯窗口

  • 受sgRNA與PAM序列限制,有效編輯窗口通常為4-8個堿基(窗口位置因編輯器類型而異)。

  • 染色質結構(如異染色質區)可能降低編輯效率。


三、編輯器類型與技術演進

1. 主流編輯器分類

類型脫氨酶堿基轉換技術里程碑優化策略
胞嘧啶堿基編輯器(CBE)APOBEC1/CDA/AIDC→T / G→A2016年David Liu團隊開發(BE1-BE4)融合UGI抑制尿mi啶糖基化酶
腺嘌ling堿基編輯器(ABE)TadA+A→G / T→C2017年David Liu團隊開發工程化TadA*7.10高活性變體
鳥嘌ling堿基編輯器(GBE)胞嘧啶脫氨酶+UNGC→G / G→C2021年Zhao等開發聯合糖基化酶促C→G轉換
先導編輯器(PE)逆轉錄酶+切口酶nCas9多堿基編輯2019年Anzalone等開發pegRNA設計優化編輯范圍








2. 關鍵創新

  • 編輯效率提升

    • 引入UNG抑制蛋白(如UGI),阻止尿mi啶被錯誤修復,使CBE效率提高3倍。

    • 雙AAV載體遞送系統解決大片段編輯器包裝難題(如PE系統>6kb)。

  • 脫靶控制

    • 高保真Cas9變體(HypaCas9)降低非特異性結合。

    • RNA脫靶抑制劑(如SECURE-BE)阻斷編輯器與游離RNA結合。

單堿基編輯實驗

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