2023年06月19日
香港大學李嘉誠醫學院（港大醫學院）的研究團隊開發了一種新型測試平台，可同時試驗及改造數以百計精準的鹼基編輯器變體，突破現時基因編輯工具需逐一測試的限制，快速找出最適用和有效的基因治療工具。研究結果已於《Cell Systems》期刊發表（按此瀏覽期刊文章），並已就此技術提交相關專利申請。
背景
鹼基編輯 (base editing) 是一種改良自CRISPR的新型基因編輯技術，並逐漸被視為可通過修正DNA來治療因單個鹼基突變基因而引致的相關疾病（如鐮刀型細胞貧血症、家族性高膽固醇血症等）的安全基因治療工具。現有基因編輯結果會因應鹼基編輯器的類型、版本、目標DNA序列組成及鹼基位置不同而有所差異。使用一個次優的鹼基編輯器有機會導致錯誤編輯或產生額外突變，而導致不符理想的結果。目前，為識別數十種現有鹼基編輯器的性能，研究員必須耗時費力地逐一測試，令鹼基編輯在每個治療位點上的用途更盡完善；此外，現有的鹼基編輯器在許多治療位點上未能進行精確編輯。儘管全球都在努力嘗試，但以傳統方法創建新鹼基編輯器仍需花上數個月甚至數年時間。
研究結果
港大醫學院研究團隊成功將早前開發的先進技術CombiSEAL[1]及鹼基編輯報告系統合併，建立一個新平台（下稱平台），可快速構建出數百種或以上的鹼基編輯器變體，各變體具有不同脱氨酶和建基於CRISPR/ Cas9的DNA識別結構域，這些變體的兼容性和性能尚需一一進行識別和比較。團隊進而運用平台來大量讀取每個變體的編輯效率、純度、DNA序列組成偏好以及在人類細胞中產生單一和多個鹼基轉換的偏差，從而在最短時間、最少誤差的情況下，挑選出最適用於基因治療的變體。
為提高現有鹼基編輯器系統的效率，團隊進一步拓展平台的應用至改造單鏈嚮導RNA (sgRNA) 骨架的莖環2區域，並於鹼基編輯器系統中進行篩選，成功辨識出兩個優於原生型的新骨架變種，SV48及SV240，可達致更高（高達2.2倍）的鹼基編輯效率。
此外，團隊證明了平台不僅能識別和篩選鹼基編輯器，更兼容其他精確基因編輯器系統，如先導編輯器 (prime editors)。對於鹼基編輯器無法糾正的治療情況，先導編輯器有助擴大平台搜尋範圍，以找出其他適合的編輯器修正基因突變。
研究意義
新平台功能強大，有效加快研發新一代精確基因編輯器及應用於未來治療。港大醫學院生物醫學學院副教授黃兆麟博士解釋：「這就像在商店中的快捷結帳通道。由於所有貨品（即鹼基編輯器變體）均帶有特殊標記，在使用自助結帳機掃描時，我們只需將所有貨品一次過放入結帳機的籃子中，掃描器即可自動識別所有貨品並完成付款（即在我們的案例中進行鹼基編輯性能分析）。這樣就無需掃描每件貨品，就如不需逐一測試每個鹼基編輯器。」
研究團隊
此項研究由港大醫學院生物醫學學院副教授黃兆麟博士領導。第一作者為港大醫學院生物醫學學院博士生方凱俊，並得到博士後研究員褚愷宜博士和周鵬博士的協助。
鳴謝
此項研究得到香港研究資助局 (17102022, 17101820)、國家自然科學基金優秀青年科學基金 (32022089) 及香港特別行政區政府創新科技署InnoHK創新香港研發平台腫瘤及免疫學研究中心資助。
[1] Choi G.C.G., et al. Combinatorial mutagenesis en masse optimizes the genome editing activities of SpCas9. Nature Methods 16, 722-730 (2019)
