Cell封面 | Did Liu再取新突破:不需要做实验,就能告诉基因编辑的结果

2021-12-27 02:49:01 来源:
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尽管脱氧核糖核酸撰稿器被相当多用做最终目标点基因,但是决定脱氧核糖核酸撰稿结果的因素尚不十分似乎。

2020年7翌年23日,迈耶科学研究小组Did R. Liu开发内部设计团队在Cell 网络服务出版并作“Determinants of Base Editing Outcomes from Target Library Analysis and Machine Learning”的科学研究博士论文,该科学研究在哺乳动物细胞膜中会38,538个原核分裂生物整合抗病毒上也就是说了11个碱基和腺嘌呤脱氧核糖核酸撰稿器(CBE和ABE)的基因序列-活性关系,并可用给与结果训练了BE-Hive,这是一种机器学习模型,可正确计算脱氧核糖核酸撰稿基因型结果(R ≈0.9)和效数万人(R≈0.7)。

科学研究医护人员以≥90%的正确度辩解了3388个与疾病相关的SNV,其中会有数675个等位基因,其“旁观者”核分裂乙酰酸被BE-Hive正确计算,因此无法撰稿。该科学研究注意到了现在无法计算的C-to-G或C-to-A撰稿的决定因素,并借助于这些注意到以≥90%的正确性辩解了174个病原性SNV的编码基因序列。仍要,该科学研究借助于BE-Hive的真是来内部设计大胆的CBE例外,以缓冲撰稿结果。这些注意到启发了脱氧核糖核酸撰稿,付诸了现在难以处理的最终目标的撰稿,并为新的基础撰稿器获取了改进的撰稿种系统。

另外,2020年7翌年8日,迈耶科学研究小组Did R. Liu及斯坦福大学医学院Joseph D. Mougous共同通讯在Nature 网络服务出版并作“A bacterial cytidine deaminase toxin enables CRISPR-free mitochondrial base editing”的科学研究博士论文,该科学研究揭示了一种菌株间毒素,将其命名为DddA,它可以催化dsDNA中会胞乙酰的脱氨。该科学研究内部设计了无毒且无活性的split-DddA半分子:DddA划分的一部分组蛋白(mRNA激活子样物理现象子反射镜蛋白)和尿嘧啶酪氨酸肾上腺素的融入,造成了无RNA的DddA衍生的碱基脱氧核糖核酸撰稿器(DdCBE),可催化人mtDNA中会的C?G到T?A转化,不具备较高抗病毒免疫和新产品。该科学研究可用DdCBEs动态全人类细胞膜中会与疾病相关的mtDNA基因,从而造成呼吸速数万人和降解磷酸化的改变。都有CRISPR的DdCBE可以精准操纵mtDNA,而不是消除因被特异性核分裂酸酶切割而造成的mtDNA拷贝,这对线粒体疾病的科学研究和潜在外科手术不具备相当多的意义。

2020年6翌年29日,迈耶科学研究小组Did Liu在Nature Biotechnology 网络服务出版并作“Programmable m6A modification of cellular RNAs with a Cas13-directed methyltransferase”的科学研究博士论文,该科学研究证明了不具备截短的METTL3烷基转移酶组蛋白或者是METTL3:METTL14烷基转移酶复合物与核分裂有别于dCas13融入体,可以对细胞膜质RNA顺利完成免疫m6A掺,而前者的融入蛋白脱靶活性特别很低。衔接多个位点的单一细胞膜测定法证实,这种特异性RNA烷基化(TRM)种系统以较高免疫介导了有效的m6A加装在内源RNAmRNA物中会。仍要,该科学研究说明TRM可以其会m6A介导的mRNA本数量级变化和自由选择性摄像。这些注意到将TRM制度化为用做特异性mRNA分组工程的基本功能,可以探究单个m6A修饰的抑制作用并比对其种系统抑制作用。

2020年6翌年22日,迈耶科学研究小组Did Liu开发内部设计团队在Nature Biotechnology 网络服务出版并作“Genome editing with CRISPR–Cas nucleases, base editors, transposases and prime editors”的种系统性文章,该种系统性首先揭示已也就是说的Cas9和Cas12核分裂酸酶的天然性状体,并详细介绍不具备扩大的特异性范围内和免疫的Cas9和Cas12核分裂酸酶性状体的开发内部设计。几周,该种系统性讨论脱氧核糖核酸撰稿器的开发内部设计和应用,这些撰稿器可精准加装点基因而不须脱氧核糖核酸DNA塌陷(DSB)或供体DNA模板。仍要,该种系统性归纳了新兴的CRISPR–Cas原核分裂生物撰稿基本功能,有数介导大片段DNA亚胺的Cas转座子和重分组酶,以及主要撰稿器,它们以取代早期DNA基因序列的方式从外部将撰稿后的基因序列复制到最终目标DNA位点。

原核分裂生物DNA中会特异性核分裂乙酰酸的撰稿是科学研究和外科手术应用的一项关键种系统。单核分裂乙酰酸例外(SNV)将近占未知致病等位基因的一半,因此有技术性的点基因可以促进遗传基因的科学研究或潜在外科手术。现在,科学研究医护人员开发内部设计了碱基脱氧核糖核酸撰稿器(CBE)和腺嘌呤脱氧核糖核酸撰稿器(ABE),它们共同付诸了所有四个过渡点基因的特异性(C→T,T→C,A→G ,以及G→A),并不具备较较高的期望取代数万人与不期望的插入和缺失(indels)比数万人。

脱氧核糖核酸撰稿的实用性启发了不具备相同属性的脱氧核糖核酸撰稿器例外的开发内部设计。迄今为止,通过比对少量原核分裂生物位点的撰稿结果来收集这些属性,上会自由选择这些位点与先前的原核分裂生物撰稿科学研究相一致。但是,脱氧核糖核酸撰稿器和最终目标基因序列两者之间的电磁力会以复杂的,有时是不简单的方式影响撰稿结果。结果,获不具备所须效数万人的所须基因型上会须要对每个抗病毒顺利完成脱氧核糖核酸撰稿和单向导RNA(sgRNA)自由选择的科学知识冗余。

某些不较难用做脱氧核糖核酸撰稿的法规准则的可行最终目标就会被忽略,因为用做最终目标自由选择的简单准则无法几乎捕获脱氧核糖核酸撰稿的范围内。对脱氧核糖核酸撰稿的基因序列和脱氨酶决定因素顺利完成种系统,全面的比对将增强我们对脱氧核糖核酸撰稿器的理解,促进它们在精准撰稿应用程序中会的可用,并指导新的脱氧核糖核酸撰稿器的开发内部设计。

文章模式图(图源自Cell )

在这项科学研究中会,科学研究医护人员开发内部设计了包括38,538对sgRNA和靶基因序列对的文库,并将它们整合到三种哺乳动物细胞膜类型的原核分裂生物中会,以全面也就是说8种流行CBE和ABE的脱氧核糖核酸撰稿结果和基因序列-活性关系。科学研究医护人员比对了脱氨酶,基因序列背景和细胞膜类型在确定脱氧核糖核酸撰稿造成的基因型中会的抑制作用,并开发内部设计了一种机器学习模型,可以在任何最终目标方位正确计算脱氧核糖核酸撰稿结果,有数许多现在不可计算的特征。

借助于给与信息,科学研究医护人员应用了各种脱氧核糖核酸撰稿器(有数新近内部设计的例外),将3388个与疾病相关的SNV的基因型和2399个编码基因序列正确地校正为野生型(≥90%的精度),有数通过非法规的脱氧核糖核酸撰稿结果。这些注意到大大扩展了我们对脱氧核糖核酸撰稿的理解,并探究了新的和先前揭示的脱氧核糖核酸撰稿器的新种系统。

早期出处:

Andrew V. Anzalone, Luke W. Koblan & Did R. Liu, et.al. Genome editing with CRISPR–Cas nucleases, base editors, transposases and prime editors. Nature Biotechnology volume 38, pages824–844(2020)

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