人類線粒體基因組（mitochondrial DNA, mtDNA）是一種雙鏈、環狀、多拷貝的DNA分子。由于mtDNA缺乏組蛋白保護，且其復制和修復機制與核基因組相比存在顯著差異和不完善特征，線粒體在能量代謝過程中產生的大量活性氧（ROS）極易對mtDNA產生損傷并誘導大量突變，主要包括點突變、插入/缺失和大規模重排，其中點突變最為常見。mtDNA突變會導致線粒體相關疾病發生，主要表現為神經和肌肉病變，包括遺傳性視神經病變（LHON）、線粒體腦肌病伴高乳酸血癥及卒中樣發作綜合征（MELAS）等。目前已發現與人類疾病相關的mtDNA單堿基突變有1000多種，如何精準構建mtDNA突變模型是研究和治療線粒體突變相關疾病的關鍵。

隨著從伯克霍爾德菌（Burkholderia cenocepacia）中發現具有雙鏈DNA（dsDNA）胞嘧啶脫氨酶活性的BcDddA，研究人員開發了基于該脫氨酶的線粒體堿基編輯器DdCBE（也稱mitoCBE），成功在mtDNA的5'-TC序列中實現精確的C?G-to-T?A轉換（Nature, 2020）。在此基礎上，研究人員通過對脫氨酶和輔助組分進行優化和改良，逐步實現了mtDNA的高效、無偏好、低DNA/RNA脫靶、單鏈和A-to-G編輯，并已廣泛應用于小鼠、大鼠、斑馬魚和植物中的線粒體DNA編輯。喬云波團隊亦在前期工作中，鑒定了一種無序列限制性的脫氨酶riDddA，開發了高效、無序列偏好性的mitoCBE（Mol Cell, 2023）。然而，考慮到序列環境和結構的復雜性，不同的mitoCBE在特定位點可能表現出不同的效率或偏好性，我們以期開發更高效、無核基因脫靶的多樣化編輯工具，以滿足不同場景和應用需求。

近日，上海交通大學第九人民醫院/上海精準醫學研究院喬云波課題組聯合浙江大學附屬第一醫院黃行許教授、山東大學齊魯醫院陳軍研究員在Molecular Therapy雜志在線發表了題為

An engineered mitoCBE facilitates efficientmitochondrial DNA editing and modifiedmitochondrial transfer

在該研究中，研究者通過對DddA同源類似物篩選，成功篩選了DddA類同源物BgDddA，基于該脫氨酶開發的線粒體堿基編輯器的效率顯著高于傳統BcDddA介導的DdCBE。為了消除TC序列偏好性，研究人員參考DddA11引入6個突變位點（S1328I，A1339V，N1340S, E1368K, T1378I，T1411I），并融合反式激活因子Rta，開發了新型堿基編輯器mitoCBE3.2，顯著提高了BgDddA在非TC靶向位點的編輯效率。實驗結果表明，融合Rta的新型線粒體堿基編輯器在多種細胞系（包括HEK293T、U2OS、Hela和hESC/mESC）中均展現出高效的編輯能力和廣泛的適用性。

最后，研究人員利用新型線粒體堿基編輯器mitoCBE3.2，通過單克隆篩選，成功構建多種含有人類疾病相關mtDNA近純合突變的細胞模型，其中包括與肺癌相關的線粒體致病突變細胞A549m.G13268A。為了避免線粒體基因編輯過程中引發的細胞核基因脫靶，研究人員利用線粒體轉移技術，將體外編輯的含有疾病突變位點的線粒體移植到含有野生型mtDNA的細胞中，發現野生型mtDNA的占比會被稀釋并與突變型mtDNA共存，成功構建被“間接編輯”的靶細胞，并發現野生型和突變型線粒體的競爭優勢與突變類型有關。利用線粒體基因編輯+線粒體轉移技術，成功實現了疾病模擬、mtDNA突變/SNV功能評估、線粒體突變校正。可以預見，我們還可在易轉染細胞中進行線粒體編輯，獲得純合編輯的線粒體以后將其移植入原代細胞等難轉染細胞，實現難編輯細胞的線粒體基因編輯。

該研究通過鑒定新型DddA同源物BgDddA，構建了精準、高效的新型線粒體胞嘧啶堿基編輯工具，證明了引入突變和融合Rta提高編輯效率、消除序列偏好性等工程化技術的有效性；結合線粒體轉移技術，徹底避免細胞核基因組脫靶，在線粒體疾病模型構建、mtDNA突變功能評估、線粒體疾病治療等相關基礎研究中具有廣闊應用前景。特別致謝南京醫科大學沈彬教授對本論文的幫助和指導。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2025.03.051

喬云波課題組主要利用利用CRISPR、TALEN等系統，開發精準、高效的基因和表觀基因編輯工具并構建疾病模型，解析基因/表觀基因變異在人類疾病發生發展過程中的功能和調控機制，相關成果發表在Mol Ther 2024、Mol Cell 2023、Adv Sci 2022、Nature Commun 2021a/2021b/2020等。現因工作需要，誠聘對基因編輯和高通量篩選方向感興趣的博士后2-3名。

課題組鏈接：

http://www.shipm.cn/jyjz_web/html/defaultsite/jyjz_kygl_kytd/Info/Detail_1713.htm

陳軍研究員，課題組聚焦基因編輯及干細胞研究。因工作需要，誠聘基礎生物學或醫學類博士后2名。

課題組鏈接：

http://qlyxjxgl.sdu.edu.cn/jsxx/dylcxy/cj.htm

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