Nature子刊：DNA碱基编辑新方法

国际知名学术期刊《自然-方法（Nature Methods）》在线发表了中国科学院上海生命科学研究院/上海交通大学医学院健康科学研究所常兴研究组最新研究成果，报道了利用靶向性胞嘧啶脱氨酶在体内实现高效率和高通量的DNA碱基编辑的新方法。

　　

10月，国际知名学术期刊《自然-方法（Nature Methods）》在线发表了中国科学院上海生命科学研究院/上海交通大学医学院健康科学研究所常兴研究组题为“Targeted AID -mediated mutagenesis (TAM) enablesefficient genomic diversification in mammalian cells”的最新研究成果，报道了利用靶向性胞嘧啶脱氨酶在体内实现高效率和高通量的DNA碱基编辑的新方法。

单核苷酸的多样性是遗传多样性的主要来源，是分子进化的动力和很多疾病的直接诱因。然而由于哺乳动物基因组的高度稳定性，在哺乳动物细胞内很难高效和高通量地诱导单核苷酸的突变，进而研究这些突变的功能。虽然通过CRISPR等基因编辑技术，可以实现较高效的DNA切割和基因敲除，但由于同源重组(HDR)的效率低下，现有的CRISPR技术对于体内构建单核苷酸突变仍处于低效阶段。

靶向性AID介导的核苷酸突变（TAM）这种新的研究方法，有可能改变这一现状。有别于绝大多数体细胞基因组，适应性免疫系统在淋巴细胞发育过程中可以进行高效编辑，对抗原受体进行高效突变，产生近乎无限的抗原受体库，用以抵御可能的病原体入侵。受这一“突变自我”机制的启发，博士研究生马云青和张佳元在常兴研究员的指导下发现，当把核酸酶缺陷的Cas9蛋白和诱导抗体高频突变的胞嘧啶脱氨酶AID融合后，在sgRNA靶向的基因组DNA上，胞嘧啶和鸟嘌呤可以随机地向其它三个碱基转变。

dCas9-AID融合蛋白，被sgRNA招募到相应的基因组DNA上，随机诱导胞嘧啶和鸟嘌呤的点突变，从而实现体内特定DNA序列的多样化，通过遗传筛选，高通量分析单核苷酸突变的功能。

这一新方法可以对细胞内的特定DNA序列进行多样化，完成遗传筛选，从而分析单核苷酸突变的功能。同时在一种多肽抑制剂的辅助下，dCas9-AID可以诱导特定的胞嘧啶向胸腺嘧啶转变，实现单碱基的精确编辑。该研究团队进一步证明，利用这一方法可以快速有效地模拟肿瘤细胞体内耐药机制的异质性，预测可能的肿瘤耐药性突变，进而改良小分子抑制剂和研究小分子与蛋白质靶点的相互作用。

这一研究成果为分子进化、基因治疗和在单碱基水平上分析基因调控元件等领域提供新的方法。

原文摘要：Targeted AID -mediated mutagenesis (TAM) enablesefficient genomic diversification in mammalian cells

A large number of genetic variants have been associated with human diseases. However, the lack of a genetic diversification approach has impeded our ability to interrogate functions of genetic variants in mammalian cells. Current screening methods can only be used to disrupt a gene or alter its expression. Here we report the fusion of activation-induced cytidine deaminase (AID) with nuclease-inactive clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)-associated protein 9 (dCas9) for efficient genetic diversification, which enabled high-throughput screening of functional variants. Guided by single guide (sg)RNAs, dCas9-AID-P182X (AIDx) directly changed cytidines or guanines to the other three bases independent of AID hotspot motifs, generating a large repertoire of variants at desired loci. Coupled with a uracil-DNA glycosylase inhibitor, dCas9-AIDx converted targeted cytidines specifically to thymines, creating specific point mutations. By targeting BCR-ABL with dCas9-AIDx, we efficiently identified known and new mutations conferring imatinib resistance in chronic myeloid leukemia cells. Thus, targeted AID-mediated mutagenesis (TAM) provides a forward genetic tool to screen for gain-of-function variants at base resolution.