中國科學院上海生命科學研究院（人口健康領域）中科院-馬普學會計算生物學伙伴研究所楊力研究組與上?？萍即髮W陳佳研究組、南京醫(yī)科大學沈彬研究組合作研究揭示了胞嘧啶脫氨酶（APOBEC）在CRISPR/Cas9引發(fā)的DNA斷裂修復過程中產生突變的新機制，為進一步提高基因組編輯保真度提供了新思路。

CRISPR/Cas9是迄今為止最為高效便捷的基因組編輯技術。雖然其在生命科學基礎研究和生物技術開發(fā)等領域被廣泛應用，并在臨床研究中顯示出了極大潛力，但由于編輯過程中存在的非靶向突變以及基因治療的不可逆性，CRISPR/Cas9技術的精確性問題一直是科學界的焦點所在。由于APOBEC能夠在DNA單鏈斷裂修復過程中結合單鏈DNA并造成隨機突變，而單鏈核酸（如單鏈寡聚核苷酸、基因組單鏈DNA）在CRISPR/Cas9引發(fā)的DNA修復過程中廣泛存在。因此，評估APOBEC能否在CRISPR/Cas9引發(fā)的基因組DNA修復過程中產生突變，對于改進CRISPR/Cas9編輯技術的精確性以及DNA損傷修復等研究都具有重要意義。在該項研究中，研究人員證實了APOBEC能夠作用于單鏈寡聚核苷酸的胞嘧啶位點，并通過CRISPR/Cas9引發(fā)的同源重組修復過程，在基因組DNA的同源胞嘧啶位點處產生堿基替換突變。同時，研究人員還發(fā)現APOBEC能夠在由Cas9切刻酶引起的基因組DNA單鏈斷裂修復過程中，激活堿基切除修復通路并產生DNA雙鏈斷裂，進而產生非靶向的隨機堿基插入或缺失（insertions/deletions， indels）?；谏鲜鰴C制研究，研究人員提出了利用雙鏈寡聚核苷酸或雙鏈質粒DNA作為修復模板，抑制內源APOBEC的策略來提高CRISPR/Cas9編輯保真度和精確性的方法。

楊力研究組長期從事計算生物學和組學研究。在此項合作研究中，研究人員利用計算和實驗相結合的方法體系，闡明了APOBEC在CRISPR/Cas9引起的基因組DNA斷裂修復過程中產生突變的分子機制，并據此成功與陳佳研究組合作開發(fā)出了增強型的基因組堿基編輯系統(tǒng)（Wang et al.，2017，Cell Research），實現了更高精度和更高效率的堿基編輯。

相關研究成果以APOBEC3 induces mutations during repair of CRISPR-Cas9-generated DNA breaks為題，在線發(fā)表于《自然—結構與分子生物學》。該研究得到了科技部、國家自然科學基金委、上海市科學技術委員會、上?？萍即髮W大科研啟動基金的資助。(世聯(lián)博研(Bioexcellence)世聯(lián)博研Bioexcellence）