基于DYW样脱氨酶SsCBE的高效核与线粒体DNA碱基编辑系统开发及应用

CRISPR碱基编辑器依赖APOBEC/AID或TadA家族脱氨酶的局限性亟待突破。韩国首尔大学医学院团队通过改造源自Pseudomonas syringae毒素的DYW样脱氨酶SsdAtox，开发出新型编辑器SsCBE，其编辑效率提升8.4倍且毒性降低，成功实现小鼠受精卵及线粒体DNA靶向编辑，为基因治疗提供新工具。

　　

基因编辑技术近年来取得突破性进展，但传统CRISPR碱基编辑器存在明显局限：依赖APOBEC/AID或TadA等有限脱氨酶家族，编辑效率与特异性难以兼顾，且无法靶向线粒体基因组。这些瓶颈严重制约了基因治疗在遗传病领域的应用前景。韩国首尔大学医学院（University of Ulsan College of Medicine）的研究团队独辟蹊径，从Pseudomonas syringae毒素中发掘出具有DYW结构域的新型脱氨酶SsdA_tox，通过蛋白质工程改造开发出革命性的SsCBE系统。这项发表于《Molecular Therapy》的研究，不仅将编辑效率最高提升8.4倍，更首次实现线粒体DNA的精准编辑，为300余种线粒体遗传病的治疗带来曙光。

研究团队采用三大关键技术：1）基于结构生物学对SsdA_tox进行理性设计优化；2）利用工程化病毒样颗粒（eVLP）实现高效递送；3）通过小鼠受精卵模型验证体内编辑效率。这些方法为系统性能评估提供了多维度数据支撑。

脱氨酶工程改造

通过分析DYW-like结构域特性，研究人员对SsdA_tox进行定向进化，获得突变体K57R/Q59H。该变体在HEK293T细胞实验中显示，编辑窗口从原始4-8位核苷酸扩展至3-9位，且在GC富集区域的效率提升尤为显著。

编辑系统优化

将改造后的SsdA_tox与nCas9融合构建SsCBE系统。实验数据显示，在EMX1位点的编辑效率达78.3%，较传统BE4max系统提高3.2倍。全基因组测序证实其indel率低于0.05%，显著优于现有工具。

线粒体DNA编辑突破

通过添加线粒体定位信号，SsCBE成功实现MT-ND4基因C302T突变校正，编辑效率达41.7%。这是首次在哺乳动物细胞中实现线粒体DNA的精准碱基编辑，为Leber遗传性视神经病变等疾病建模奠定基础。

体内应用验证

采用eVLP递送系统对小鼠受精卵进行编辑，在Tyr位点获得83.6%的胚胎编辑效率，且出生小鼠未显示异常表型，证实该系统在生殖系编辑中的安全性。

该研究突破性地拓展了基因编辑工具箱：1）引入全新DYW-like脱氨酶骨架，打破APOBEC/AID家族的技术垄断；2）首次实现线粒体基因组编辑，填补领域空白；3）eVLP递送方案为临床转化提供新思路。正如通讯作者Daesik Kim指出，SsCBE系统在治疗母系遗传病方面具有独特优势，其低毒性特性尤其适合胚胎编辑应用。这项研究不仅为遗传病机制研究提供新工具，更标志着基因编辑技术向临床转化迈出关键一步。