膠質(zhì)瘤（Glioblastoma, GBM)）是一種嚴(yán)重威脅人類健康的腦部惡性腫瘤，目前尚缺乏有效的防治手段，以往的研究報(bào)道83%原發(fā)性膠質(zhì)瘤攜帶端粒酶基因（TERT）啟動(dòng)子區(qū)域的致癌突變（Killela PJ, et al.PNAS 2013, PMID: 23530248），該突變重新激活端粒酶基因表達(dá)，驅(qū)動(dòng)腫瘤的惡性進(jìn)展，精準(zhǔn)修正端粒酶基因啟動(dòng)子區(qū)域的致癌突變是治療膠質(zhì)瘤的潛在靶點(diǎn)。

2月17日，中國科學(xué)院生物物理研究所研究員李新建、南京醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院教授錢旭、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院教授呂志民、美國德州大學(xué)M.D.安德森癌癥中心及溫州醫(yī)科大學(xué)等多家單位的研究人員合作在Nature Cell Biology 雜志上在線發(fā)表了題為Programmable base editing of mutated TERT promoter inhibits brain tumour growth(DOI: 10.1038/s41556-020-0471-6)的研究論文。該研究使用腺相關(guān)病毒（Adeno-associated virus, AAV）作為載體表達(dá)擁有腺嘌呤脫氨酶活性的空腸彎曲菌（Campylobacter jejuni）Cas9融合蛋白以及對應(yīng)的單向?qū)NA（sgRNA），實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)修正膠質(zhì)瘤細(xì)胞端粒酶基因啟動(dòng)子區(qū)域的致癌突變。

端粒（Telomere）位于真核細(xì)胞染色體末端，由堿基重復(fù)序列和結(jié)合蛋白組成，已知的端粒的功能是防止染色體DNA降解、末端融合。正常細(xì)胞線性DNA復(fù)制時(shí)5'末端消失，隨著細(xì)胞不斷增殖，端粒逐漸縮短，當(dāng)端粒縮至一定程度，染色體變得不穩(wěn)定，導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生衰老和癌變。端粒酶（Telomerase）是端粒DNA的逆轉(zhuǎn)錄酶，以RNA為模板、端粒3'末端為引物，合成端粒重復(fù)序列，維持染色體端粒DNA的長度。人體正常細(xì)胞中端粒酶活性很低，隨著細(xì)胞分裂端粒不斷縮短，直至細(xì)胞停止分裂或死亡。惡性腫瘤細(xì)胞為了滿足無限增殖的需要，通過端粒酶基因啟動(dòng)子區(qū)域突變和端粒替代加長（Alternative lengthening of telomeres, ALT）兩種機(jī)制維持染色體端粒的長度，避免細(xì)胞衰老。

CRISPR-Cas9系統(tǒng)由原核獲得性免疫系統(tǒng)改造而來，可用于編輯真核細(xì)胞的基因組DNA序列。依據(jù)宿主來源的不同，Cas9蛋白可分為Streptococcus pyogenes Cas9 (SpCas9)、Staphylococcus aureus Cas9 (SaCas9)、Campylobacter jejuni Cas9 (CjCas9) 等不同的種類。為了避免修復(fù)Cas9介導(dǎo)的DNA雙鏈斷裂時(shí)造成的堿基錯(cuò)配，研究人員在2017年研發(fā)出一套依賴于腺嘌呤脫氨酶和SpCas9切口酶活性的堿基編輯系統(tǒng)（Gaudelli NM, et al.Nature 2017, PMID: 29160308），本研究在此基礎(chǔ)上用基因編碼序列較短的CjCas9切口酶替換原來的SpCas9切口酶，以便使用包裝容量有限的腺相關(guān)病毒載體表達(dá)腺嘌呤脫氨酶和CjCas9切口酶的融合蛋白，并把該融合蛋白命名為空腸彎曲菌腺嘌呤堿基編輯器（Campylobacter jejuniadenine base editor, CjABE）。腺相關(guān)病毒表達(dá)載體具有免疫原性低、宿主細(xì)胞類型廣譜、表達(dá)時(shí)間持久等優(yōu)點(diǎn)，本研究使用腺相關(guān)病毒作為堿基編輯器CjABE的表達(dá)載體，精準(zhǔn)修正膠質(zhì)瘤細(xì)胞端粒酶基因啟動(dòng)子區(qū)域的致癌突變。原位注射表達(dá)CjABE的腺相關(guān)病毒能夠有效抑制小鼠移植瘤的生長并延長荷瘤小鼠的生存時(shí)間（如圖），提示使用CjABE精準(zhǔn)修正膠質(zhì)瘤細(xì)胞端粒酶基因啟動(dòng)子區(qū)域的致癌突變具有潛在的臨床應(yīng)用價(jià)值。

生物物理所為該研究的第一完成單位，李新建和呂志民為論文的共同通訊作者，錢旭為并列第一作者。

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圖：研究人員使用腺相關(guān)病毒（Adeno-associated virus, AAV）載體表達(dá)空腸彎曲菌腺嘌呤堿基編輯器（Campylobacter jejuniadenine base editor, CjABE），CjABE可精準(zhǔn)修正膠質(zhì)瘤（Glioblastoma, GBM)）細(xì)胞端粒酶基因（TERT）啟動(dòng)子區(qū)域的致癌突變。原位注射表達(dá)CjABE的腺相關(guān)病毒可有效抑制小鼠移植瘤生長并延長荷瘤小鼠的生存時(shí)間。

來源： 生物物理研究所