崖州湾实验室田益夫观点文章:构建“编辑器-解析器”系统,实现100%纯度的碱基转换-夜雨聆风

崖州湾实验室田益夫观点文章:构建“编辑器-解析器”系统,实现100%纯度的碱基转换

在基因编辑领域，碱基编辑器（Base Editors, BEs）的出现实现了不依赖双链断裂（DSBs）的单核苷酸转换。然而，尽管技术已从早期的脱氨酶介导演进至脱氨酶-糖苷酶耦合，甚至纯糖苷酶驱动的阶段（图1），一个核心瓶颈始终存在：我们能够精准定义 DNA 损伤的位置（Where），却难以完全掌控核苷酸改写的结果（What）。

图 1

核心矛盾：脱碱基位点的“随机博弈”

在糖苷酶介导的碱基编辑中，脱碱基位点（AP site）是决定编辑产物的关键分支点。如图2所示，产生的 AP 位点面临三种修复路径的竞争：

碱基切除修复（BER）：通过 Pol β 恢复原始序列，抵消编辑效果；
跨损伤合成（TLS）：在缺乏模板的情况下插入核苷酸，可能产生预期的替换；
双链断裂（DSB）：若修复不完全，可能导致非预期的缺失或插入（Indels）。

目前，编辑产物的多样性本质上源于内源性修复机制的随机性。

图 2

范式转移：利用 TLS 聚合酶作为“解析模块”

本文提出，解决产物不均一性的关键在于将 TLS 聚合酶整合为碱基编辑器的“解析模块（Resolver modules）”。TLS 聚合酶并非随机运作，而是具有特定的插入偏好（图2）：

Rev1：具有脱氧胞苷单磷酸（dCMP）转移酶活性，倾向于在 AP 位点对面插入 C ；
Pol η：倾向于插入 A 或 G ；
Pol κ / Pol ι：分别表现出对 A 或 G 的插入偏好。

数据支撑：跨物种的逻辑验证

研究表明，通过遗传操控或模组替换，可以有效改变编辑结果：（图 3）

微生物验证：将大肠杆菌的 Pol V（偏好插入 T）移植到偏好插入 C 的谷氨酸棒状杆菌中，成功将编辑产物从 C-to-G 重新编程为 C-to-A；
哺乳动物验证：Pol η 的共表达可将 A-to-Y (Y=T/C) 编辑引导向 A-to-T 产物；
蛋白质工程：经过结构优化的人源聚合酶变体 Pol η-Q38S，在处理 AP 位点时表现出更高的插入特异性，显著提升了 B-to-A (B=C/G/T) 编辑的产物纯度。