北京大学魏文胜团队在《自然通讯》报道TBE嘧啶碱基编辑器，无需依赖脱氨酶

DNA碱基编辑技术的进展为治疗单基因遗传疾病带来了希望。这些疾病通常是由单核苷酸多态性(SNPs)引起的。现有的胞嘧啶碱基编辑器和腺嘌呤碱基编辑器主要通过脱氨酶将胞嘧啶（C）或腺嘌呤（A）转化为尿嘧啶（U）或肌苷（I），U和I随后被识别为胸腺嘧啶（T）和鸟嘌呤（G），从而实现C-to-T和A-to-G的碱基变化。

在这个基础上，进一步引入DNA糖基化酶切割中间产物U或I，生成无尿嘧啶/无嘧啶位点(AP位点)，可以实现碱基的转换，如C-to-G的CGBE和A-to-T/C的AYBE。然而，这些编辑工具都依赖于脱氨酶，限制了它们编辑T和G的能力，并且由于脱氨酶的过表达可能引起脱靶效应。

2024年7月30日，北京大学魏文胜课题组在《Nature Communications》杂志上发表了一篇关于一种不依赖脱氨酶的DNA碱基编辑工具，名为TBE（Thymine base editor）的研究论文。与现有的胸腺嘧啶编辑工具相比，TBE表现出更高的编辑效率、更小的细胞毒性和更低的脱靶现象。

研究人员发现，人源化尿嘧啶DNA-糖基化酶（hUNG）的两个突变体在体外可以直接切割胞嘧啶和胸腺嘧啶。因此，通过将hUNG突变体与Cas9蛋白结合，靶向编辑位点在体内实现对DNA序列中C和T的直接编辑。实验结果显示，在报告系统上编辑C的效率可达到30%，与现有的CGBE编辑效率相似，但针对T的编辑效率较低。

为了提高胸腺嘧啶的编辑效率，研究团队通过结构设计、同源蛋白检索和定向进化筛选，找到了来自耐辐射奇球菌（Deinococcus radiodurans）的尿嘧啶DNA-糖基化酶（DrUNG）突变体。这些突变体在多个人类基因组位点上实现了高效的胸腺嘧啶编辑，编辑结果中T-to-C、T-to-G和T-to-A的比例分别为52%、30%和18%。

通过优化连接氨基酸和引入具有合成倾向性的DNA聚合酶，编辑效率和纯度得到了进一步提高。综合评估显示，TBE在基因组或转录组水平上不会引起严重的脱靶编辑，具备很高的编辑特异性。

近期，多个团队也报道了基于人源化糖基化酶的胸腺嘧啶碱基编辑器。对比32个内源位点的编辑结果，研究人员发现TBE在编辑效率上优于其他基于人源的胸腺嘧啶碱基编辑器。此外，细胞毒性实验表明，TBE的细胞毒性较小。

最终，通过将DrUNG突变体的mRNA与nickase SpCas9融合蛋白和sgRNA共转染到原代成纤维细胞中的α-L-艾杜糖醛酸酶缺陷细胞中，观察到酶活性的恢复，证明了TBE在相关疾病治疗中的潜在应用前景。