真核细胞内Cas9蛋白的活性已报道与染色质环境密切相关,开放的染色质环境下活性Cas9介导的基因组编辑效率明显提升,然而迄今为止,少有研究探讨染色质环境的改变对碱基编辑器编辑效率的影响。
中国科学院天津工业生物技术研究所毕昌昊研究员带领的合成生物技术研究团队、张学礼研究员带领的微生物代谢工程团队在探讨染色质环境改变对碱基编辑器编辑结果的影响方面取得进展。研究团队筛选了一类可显著提升染色质可接近性的先锋因子蛋白,并将先锋因子蛋白与碱基编辑器CBE及GBE进行融合,结果表明,先锋因子蛋白SOX2可显著提升碱基编辑器编辑效率及编辑框,当SOX2融合在CBE及GBE编辑器中脱氨酶和Cas9蛋白之间时,编辑器编辑框出现明显拓展,当SOX2融合在GBE编辑器中脱氨酶的氨基端时,GBE编辑器效率显著提升。进一步研究发现,SOX2蛋白中的转录激活结构域介导了编辑器效率及编辑框提升的功能,且研究证实该功能可能与转录激活结构域诱导的染色质可接近性提升相关。研究团队构建了优化的SadN-GBE和SadM-CBE编辑器,分别提升了编辑效率和拓展了编辑框。该研究首次验证了染色质可接近性的提升对碱基编辑器CBE和GBE编辑效率及编辑框的影响,并融合先锋因子蛋白结构域构建了编辑效率提升、编辑框拓展的编辑器,为今后编辑器的优化提供全新的方向。
该研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、天津市合成生物技术创新能力提升行动和中国博士后科学基金的资助,相关研究结果发表于Advanced Science期刊。天津工业生物所博士后杨超是该论文第一作者,毕昌昊研究员和张学礼研究员为该论文共同通讯作者。
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先锋因子优化碱基编辑器示意图