摘要：线粒体作为细胞的“能量工厂”，其基因组突变与母系遗传病、衰老及多种疾病密切相关。在已报道的疾病相关碱基替换中，超过40%的替换为G-to-A/C-to-T突变，这些突变可以通过A-to-G碱基编辑恢复。但是目前可对线粒体基因组进行A-to-G碱基编辑的工具TA
研究背景
线粒体作为细胞的“能量工厂”，其基因组突变与母系遗传病、衰老及多种疾病密切相关。在已报道的疾病相关碱基替换中，超过40%的替换为G-to-A/C-to-T突变，这些突变可以通过A-to-G碱基编辑恢复。但是目前可对线粒体基因组进行A-to-G碱基编辑的工具TALEDs仍然存在编辑效率低和脱靶突变等问题，主要原因是因为TALEDs实现A-to-G编辑的详细分子机制尚未清楚，这阻碍了TALEDs的进一步发展和优化。
结果与展望 在本研究中，作者利用体外脱氨实验和细胞敲除实验，发现TALEDs介导线粒体基因组A-to-G编辑依赖于通过碱基切除修复（BER）过程形成ssDNA区域，该过程由DddA所介导的C-to-U脱氨开始。尿嘧啶会被尿嘧啶糖苷酶所切除，从而形成碱基缺乏（AP）位点，含有AP位点的DNA链被APE1催化切割或自发断裂，因此产生了单链断裂（SSB）。SSB被核酸外切酶hMGME1进一步加工，然后在间隔区形成ssDNA，作为ssDNA特异性腺嘌呤脱氨酶TadA8e的底物。然后，TALED中的TadA8e可以在单链间隔区介导A-to-I的脱氨。随后的DNA修复途径使用含有Inosine的DNA链作为模板，并实现A-to-G编辑（图1）。图1：TALED机制示意图
进一步，作者通过利用BER，开发了一系列增强型TALEDs (eTALED6s)，显著提高了靶向位点的编辑效率。随后作者通过对腺嘌呤脱氨酶TadA8e进行工程化改造，缩小了eTALED6s的编辑窗口，并显著减少了旁观者效应和转录组水平的脱靶突变。此外，为了证明其应用性，我们使用eTALED6和eTALED6R在mtDNA中模拟了与Leigh综合征和MELAS相关的致病突变（图2）。
综上所述，该研究揭示了TALEDs的工作机制，并证明TALEDs诱导的A-to-G编辑依赖于线粒体内的BER过程。通过利用BER，作者开发了一系列高效率、高精度的线粒体腺嘌呤碱基编辑器，为今后新型线粒体编辑工具的开发提供了一条新的途径。
作者简介
上海科技大学陈佳研究组博士研究生樊煜航、许文超，中国科学院上海营养与健康研究所博士研究生高宝青为该论文共同第一作者。上海科技大学陈佳教授为该论文通讯作者，该工作得到了复旦大学杨力教授的大力支持。上海科技大学陈佳研究组着力于新型基因编辑技术的开发与应用。
来源：东窗史谈一点号
