膠質瘤（Glioblastoma, GBM)）是一種嚴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，以往的研究報道 83% 原發性膠質瘤攜帶端粒酶基因（TERT）啟動子區域的致癌突變（Killela PJ, et al.PNAS 2013, PMID: 23530248），該突變重新激活端粒酶基因表達，驅動腫瘤的惡性進展，精準修正端粒酶基因啟動子區域的致癌突變是治療膠質瘤的潛在靶點。

　　2 月 17 日，中國科學院生物物理研究所研究員李新建、南京醫科大學公共衛生學院教授錢旭、浙江大學醫學院轉化醫學研究院教授呂志民、美國德州大學M.D.安德森癌癥中心及溫州醫科大學等多家單位的研究人員合作在Nature Cell Biology雜志上在線發表了題為Programmable base editing of mutated TERT promoter inhibits brain tumour growth(DOI: 10.1038/s41556-020-0471-6) 的研究論文。該研究使用腺相關病毒（Adeno-associated virus, AAV）作為載體表達擁有腺嘌呤脫氨酶活性的空腸彎曲菌（Campylobacter jejuni）Cas9 融合蛋白以及對應的單向導 RNA（sgRNA），實現精準修正膠質瘤細胞端粒酶基因啟動子區域的致癌突變。

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

　　CRISPR-Cas9 系統由原核獲得性免疫系統改造而來，可用于編輯真核細胞的基因組 DNA 序列。依據宿主來源的不同，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 Cas9 介導的 DNA 雙鏈斷裂時造成的堿基錯配，研究人員在 2017 年研發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（Gaudelli NM, et al.Nature2017, PMID: 29160308），本研究在此基礎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病毒載體表達腺嘌呤脫氨酶和 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 jejuniadeninebase editor, CjABE）。腺相關病毒表達載體具有免疫原性低、宿主細胞類型廣譜、表達時間持久等優點，本研究使用腺相關病毒作為堿基編輯器 CjABE 的表達載體，精準修正膠質瘤細胞端粒酶基因啟動子區域的致癌突變。原位注射表達 CjABE 的腺相關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間（如圖），提示使用 CjABE 精準修正膠質瘤細胞端粒酶基因啟動子區域的致癌突變具有潛在的臨床應用價值。

　　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。

　　圖：研究人員使用腺相關病毒（Adeno-associated virus, AAV）載體表達空腸彎曲菌腺嘌呤堿基編輯器（Campylobacter jejuniadenine base editor, CjABE），CjABE 可精準修正膠質瘤（Glioblastoma, GBM)）細胞端粒酶基因（TERT）啟動子區域的致癌突變。原位注射表達 CjABE 的腺相關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間。

　　來源：中國科學院生物物理研究所

總結

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