HBB点突变载体在食蟹猴胚胎中突变能力的评估

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β-地中海贫血是在编码β-珠蛋白的重要功能区域产生突变造成的遗传性溶血性疾病。至今已报道超过200多个HBB基因突变可以引起β-地中海贫血。因其高发性和突变复杂性一直是研究的热点内容。胞嘧啶碱基编辑器可不切断DNA双链,通过胞嘧啶脱氨酶使编辑窗口中的C突变成T或是G突变成A。相比于CRISPR/Cas系统介导的同源重组修复产生碱基替换,胞嘧啶碱基编辑器表现出更高的编辑效率,并且减少了由于DNA双链断裂产生的碱基插入、缺失、基因序列重排或异位等。理论上通过碱基编辑器纠正人类胚胎中的HBB突变可防止这种疾病遗传给后代,为β-地中海贫血等基因突变类疾病的治愈带来可能性。为了验证这种可能性,一个模拟人类β-地中海贫血突变基因型并且与人类高度同源的实验动物模型是非常重要的。因此本论文从已报道的致β-地中海贫血HBB基因点突变中选取了7个突变位点,以食蟹猴胚胎为研究对象,以Sa BE4-Gam、Anc BE4max和BE3基因编辑器为工具,在食蟹猴早期胚胎上进行基因编辑。并基于同一突变位点,对比分析BE3和Anc BE4max的编辑效果,评估Anc BE4max在食蟹猴胚胎上应用的有效性和可行性。主要结果如下:(1)HBB基因突变位点的选择和sg RNA的设计根据PAM序列要求和突变活性窗口限制,在Clin Var所列举的相关HBB点突变中选取了7个合适的突变位点。编码区密码子突变HBB(364G>A)和HBB(47G>A);剪接位点突变HBB(315+1G>A)以及5’UTR突变HBB(-71C>T)和HBB(-50G>A),针对以上5个PAM序列为“NGG”的突变位点,设计的sg RNA分别命名为SP4、SP8、SP11以及SP42、SP43。编码区密码子突变HBB(118C>T)和内含子突变HBB(93-21G>A),针对以上2个PAM序列为“NNGRRT”的突变位点设计的sg RNA分别命名为SA7和SA15。(2)食蟹猴早期胚胎上单碱基突变效果分析将设计的sg RNA在体外转录成m RNA,Anc BE4max m RNA与PAM序列为“NGG”的5个sg RNA分别共注入原核期受精卵胞质中,5个sg RNA中有4个表现编辑活性。SP4在目的突变位点C6处发生突变,突变率为31%;SP11在C6处发生突变,突变效率为40%;SP42在活性窗口内多个可编辑C处发生了突变,目的突变位点C7的突变效率最高,为85%;SP43在C4、C5、C12位点处均发生突变,C4、C5的突变率均为80%,C12突变率为25%。以上sg RNA未见明显的indel产生以及脱靶。Sa BE4-Gam m RNA与PAM位点为“NNGRRT”的2个sg RNA分别共注射,2个sg RNA均未表现出可见的编辑活性。(3)BE3和Anc BE4max的对比分析将Anc BE4max已证明有活性的4个sg RNA的m RNA与BE3 m RNA共注射。在BE3的介导下,SP4和SP43未表现编辑活性,SP42在C7位点处,突变效率为50%、纯合率为30%;SP11在C6处突变率为25%,纯合率为20%;2个活性sg RNA突变效率和纯合率都较Anc BE4max低。综上,本论文得到了4个Anc BE4max介导的活性sg RNA,其中SP4和SP42可在致β-地中海贫血突变位点处突变,可模拟人类β-地中海贫血患者的HBB基因型,为精准构建β-地中海贫血食蟹猴动物模型奠定基础;SP11和SP43未在目的致病突变位点产生突变,但实际突变产生位点也可能会导致β-珠蛋白的表达下降或缺失,需进一步实验验证。相比BE3,Anc BE4max表现出更高的编辑活性和突变纯合率,为Anc BE4max在胚胎上的应用提供实验依据。
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