近日，复旦大学王永明教授与东南大学柴人杰教授联合团队在Science Bulletin上发表题为“Discovery and engineering of ChCas12b for precise genome editing”的研究论文，开发并改造出了一个可用于基因组精准编辑的、能够区分单碱基突变的ChCas12b工具。
RNA引导的CRISPR-Cas系统被广泛用于哺乳动物细胞的基因编辑，在基因遗传病治疗方面展现出巨大潜力。目前，II类的Cas9和V类的Cas12被广泛开发为基因编辑工具。然而，Cas9和Cas12核酸酶对于引导RNA（gRNA）和靶位点之间存在一定数量的错配具有一定的容忍性，可能会导致非靶位点DNA的切割，造成正常基因的破坏，进而引发癌症。为了解决脱靶效应的问题，研究人员一直在寻求具有较高特异性的CRISPR/Cas核酸酶。
在这项研究中，研究人员通过GFP激活表达报告系统筛选了13种Cas12b核酸酶，并鉴定出了5种在哺乳动物基因组上具有编辑活性的Cas12b核酸酶。其中，Candidatus Hydrogenedentes Cas12b（ChCas12b）识别WTN（W=T或A）PAM，显著扩大了靶向范围。随后，根据AacCas12b蛋白晶体结构与靶DNA-sgRNA形成氢键的氨基酸，作者构建了9种单氨基酸突变的ChCas12b变体，并通过GFP报告系统测试了这些变体的特异性。通过GUIDE-seq检测，D496A变体表现出较低的脱靶活性，为临床基因治疗应用提供了更加安全的编辑工具。
最重要的是，研究证明了ChCas12b及其高保真变体ChCas12b-D496A能够对携带单核苷酸多态性（SNPs）的基因进行等位基因特异性破坏。此外，利用反式剪接（trans-splicingintein）技术，将ChCas12b-D496A拆分成两部分，并将其包装到AAV病毒中。在小鼠体内实验中证实，ChCas12b-D496A具有较高的编辑效率和较低的脱靶效应。
魏京京博士是论文第一作者，王永明教授和柴人杰教授是论文的共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、复旦大学基因工程国家重点实验室开放研究基金，上海市科学技术研究计划的支持。