一种小型化碱基编辑器及其构建方法与应用技术

本发明专利技术涉及基因编辑技术领域，涉及一种碱基编辑器及其构建方法与应用。本发明专利技术通过将脱氧腺苷脱氨酶及变体融合于Cas12f1为代表的突变型核酸酶的不同位点，得到的新融合蛋白能对位于前间隔序列不同位置的腺嘌呤实现有效且高精度的A

【技术实现步骤摘要】
一种小型化碱基编辑器及其构建方法与应用


[0001]本专利技术涉及基因编辑
，尤其是涉及一种碱基编辑器及其构建方法与应用。

技术介绍

[0002]CRISPR/Cas9为代表的新型基因编辑技术具有编辑效率高等优势，极大的推动了基因编辑技术的进步。2016年以来，研究者在CRISPR/Cas9、CRISPR/Cas12a(Cpf1)的基础上开发出多种DNA碱基编辑工具，可在DNA水平介导高效精准的点突变，且此过程中不会产生DNA双链断裂。目前报道的碱基编辑器主要有两种：胞嘧啶碱基编辑器(CBE，可介导C
·
G
‑‑
T
·
A突变)和腺嘌呤碱基编辑器(ABE，可介导A
·
T
‑‑
G
·
C突变)。其中，CBE是将特定的胞嘧啶核苷脱氨酶(cytidine deaminase)与突变型核酸酶(如携带有D10A或突变的spCas9，称为nspCas9；或是功能失活型Cas12a，称为dCas12a)以及尿嘧啶糖基化酶抑制因子(UGI)融合，得到的融合蛋白可在sgRNA的引导下，介导C
·
G
‑‑
T
·
A突变。ABE则是将定向演化后的大肠杆菌来源的腺苷脱氨酶(ecTadA*)二聚体或单体与突变型核酸酶(如携带有D10A或突变的spCas9，称为nspCas9；或是功能失活型Cas12a，称为dCas12a)融合，得到的融合蛋白可在sgRNA的引导下，介导A
·
T
‑‑
G
·
C突变。此外，研究者还将特定的胞嘧啶核苷脱氨酶(cytidine deaminase)、定向演化后的大肠杆菌来源的腺苷脱氨酶(ecTadA*)、突变型核酸酶(如携带有D10A或突变的spCas9，称为nCas9)以及尿嘧啶糖基化酶抑制因子(UGI)融合构建出ACBE，得到的融合蛋白可在sgRNA的引导下，可介导特定位点中C
·
G
‑‑
T
·
A突变和A
·
T
‑‑
G
·
C突变的同时发生(Nat Biotechnol,2020.38(7):861
‑
864；BMC Biol,2020.18(1):131；Nat Biotechnol,2020.38(7):856
‑
860；Nat Biotechnol,2020.38(7):865
‑
869)。现有的ABE、CBE和ACBE工具主要依赖于CRISPR/Cas9、CRISPR/Cas12a(Cpf1)系统，这两种系统体积过大，Cas9和Cas12a的蛋白均接近或超过1000个氨基酸，限制了其应用前景。
[0003]近年来，研究者发现多种新的CRISPR系统如Casd12f、Cas12j、TnpB等，其大小仅为400～700氨基酸。新的CRISPR系统在哺乳动物细胞内具有明显的DNA切割活性
[1
‑
6]，因此有望用于碱基编辑器小型化研究。有研究者利用失活型Un1Casd12f1(简称为dCasd12f)构建出功能性的小型化ABE(简称为miniABEs)，但其碱基编辑活性不足10％，难以满足科研和临床应用的需求。
[0004]1.Karvelis,T.et al.PAM recognition by miniature CRISPR
‑
Casd12f nucleases triggers programmable double
‑
stranded DNA target cleavage.Nucleic Acids Research48,5016
‑
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associated virus.Nature Biotechnology(2021).
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Cas system for mammalian genome regulation and editing.Mol Cell 81,4333
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‑
associated TnpB is a programmable RNA
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guided DNA endonuclease.Nature(2021).
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Tran,H.et al.The widespread IS200/IS605 transposon family encodes diverse programmable RNA
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guided endonucleases.Science 374,57
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‑
Casd12fnuclease.Nat Chem Biol 17,1132
‑
1138(2021).

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种碱基编辑器及其构建方法与应用，通过将脱氧腺苷脱氨酶及突变体融合于以dCas12f为代表的突变型小型核酸酶的不同位点(N
‑
末端、C
‑
末端和内部插入位点)，得到产生基因点突变的新融合蛋白。本专利技术开发出小型化的碱基编辑器ABE(简称为miniABEs)，不仅可以有效实现A
‑
G单碱基替换，而且根据脱氨酶和在以dCas12f为代表的突变型小型核酸酶中融合位点的不同，新构建的碱基编辑器还具有不同的活性窗口，因此，本专利技术能有效拓宽单碱基编辑工具的应用。
[0011]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0012]本专利技术的第一个目的是提供一种碱基编辑器，为胞苷脱氨酶或脱氧腺苷脱氨酶置于基础dCasd12f或突变型核酸酶dCasd12f的N
‑
末端、内部不同位点或C
‑
末端的融合位点形成的融合蛋白miniABEs；所述基础dCasd12f的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示。
[0013]在本专利技术的一个实施方式中，所述脱氧腺苷脱氨酶选择为TadA*；所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碱基编辑器，其特征在于，为胞苷脱氨酶或脱氧腺苷脱氨酶置于基础dCasd12f或突变型核酸酶dCasd12f的N
‑
末端、内部不同位点或C
‑
末端的融合位点形成的融合蛋白miniABEs；所述基础dCasd12f的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示。2.根据权利要求1所述的一种碱基编辑器，其特征在于，所述脱氧腺苷脱氨酶选择为TadA*，所述TadA*的氨基酸序列如SEQ ID NO.8所示；或，所述脱氧腺苷脱氨酶选择为TadA*突变体，其中，TadA*突变体是指TadA*的V106W、V82G、K20AK21A、F148A突变；或，所述脱氧腺苷脱氨酶选择为TadA*或TadA*突变体的5
’
和3
’
分别添加NLS序列和linker序列后获得NLS
‑
TadA*
‑
linker，所述NLS
‑
TadA*
‑
linker置于dCasd12f的N
‑
末端、C
‑
末端或内部的融合位点融合形成的融合蛋白miniABEs
‑
8e；NLS
‑
TadA*
‑
linker的氨基酸序列如SEQ ID NO.6所示。3.根据权利要求1所述的一种碱基编辑器，其特征在于，所述突变型核酸酶dCasd12f是指对基础dCasd12f进行D143R
‑
T147R
‑
E151A点突变组合，获得基于dCasd12f点突变的蛋白；所述基础dCasd12f或突变型核酸酶dCasd12f内部不同的插入位点包括第128和130位融合位点。4.根据权利要求1所述的一种碱基编辑器，其特征在于，为在dCasd...

【专利技术属性】
技术研发人员：程田林，张淑倩，邱佳怡，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：