2021年3月10日，中國醫(yī)學科學院基礎醫(yī)學研究所王曉月團隊在Genome Biology發(fā)表了“Identification of pathogenic variants in cancer genes using base editing screens with editing efficiency correction”的論文。研究以單堿基編輯工具為基礎，開發(fā)出一種可以高效研究核苷酸變異功能的高通量篩選方法。
復雜疾病相關(guān)變異的功能鑒定一直是遺傳學研究中的重要問題。腫瘤患者中含有大量的核苷酸變異，包括遺傳性變異和體細胞變異，這些變異的致病性判斷對腫瘤的風險評估、干預和治療都具有重要的意義。受到技術(shù)限制，目前仍缺乏能夠高效評估這些變異功能的高通量篩選平臺。近年來，基于CRISPR/Cas9的單堿基編輯器的出現(xiàn)使人們可以在基因組的特定位置上實現(xiàn)C-T [1]和A-G [2]的單點突變，為高通量鑒定點突變的功能提供了可能。2021年2月兩篇背靠背發(fā)表在Cell雜志上的文章，采用單堿基編輯器CBE (Cytosine Base Editor)，對BRCA1/2等DNA損傷應答基因的部分點突變進行了高通量功能篩選[3, 4]。因為這些基因的有害突變對細胞生長有負面影響，通過堿基編輯后不同sgRNA的豐度變化，可以評估其對應的變異對基因功能的影響。然而由于單堿基編輯器工具在基因組不同位點上的編輯效率存在顯著差異，并且同一個向?qū)?span style="font-size:18px;font-family:'times new roman'">RNA(sgRNA)可能會在基因組上產(chǎn)生不止一種突變，篩選得到的sgRNA對應的基因變異效應可能并不符合預期。
針對這一問題，王曉月團隊提出了結(jié)合效率校正的單堿基編輯高通量篩選方法。這一方法通過對sgRNA編輯結(jié)果的高通量測定，將sgRNA和所產(chǎn)生的變異精確對應，再使用一個效率校正模型去將sgRNA對細胞的效應轉(zhuǎn)化為變異的致病性得分，從而提升變異功能評估的準確性(如圖1所示)。作者發(fā)現(xiàn)，使用效率校正可將已知致病性突變的檢出率提高50%以上。
圖1結(jié)合單堿基編輯效率校正的鑒定有害突變的高通量篩選方法
運用這種方法，王曉月團隊使用單堿基編輯工具CBE和ABE(Cytosine Base Editor)對兩個腫瘤抑制基因BRCA1和BRCA2的 9000多種變異進行了高通量功能分析，共鑒定出了910種可能影響BRCA1/2功能的變異。這是目前針對BRCA1/2基因全長范圍的最大規(guī)模的突變功能篩選，篩選得到的有害變異廣泛分布于兩個基因編碼蛋白的不同結(jié)構(gòu)域，為BRCA1/2蛋白的功能解析提供了新的線索。值得注意的是，鑒定出的變異中包括一些在腫瘤家系中存在、而在臨床上被判定為意義不明的遺傳性變異，說明這些位點的致病性可能需要重新判別。這種基于單堿基編輯的高通量篩選方法可以廣泛應用于基因組不同位置的變異功能解析，將為腫瘤等疾病的遺傳風險預測和精確診療提供重要信息。
本研究工作得到中國醫(yī)學科學院醫(yī)學與健康科技創(chuàng)新工程(2017-I2M-4-003，2019-I2M-1-004)等項目的資助?；A醫(yī)學研究所王曉月教授和梁俊波博士為論文共同通訊作者，黃昌財博士和李光宇碩士為論文的共同第一作者。
論文鏈接：https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-021-02305-2
基礎醫(yī)學研究所
2021年3月16日
