初生牛犊不怕虎 | 基因编辑路上的斩棘者&曼联铁杆球迷——杨辉

编者按:2020年5月19日,中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心杨辉研究组和合作者在Nature Methods杂志上发布高精度、高活性的单碱基编辑工具(详情点击BioArt报道:Nat Methods | 杨辉/李亦学/左二伟合作开发高精度、高活性的单碱基编辑工具YE1-BE3-FNLS)。同时,Nature Methods 专门配发文章,介绍杨辉研究员开发高精度碱基编辑工具的心路历程。

作者 | Vivien Marx编译 | Leon责编 | 兮 雪月当杨辉还在读高中的时候,一位老师告诉他,21世纪是生命科学的世纪。这也是为什么他选择攻读生物学PhD。杨辉本科就读于上海交通大学,后来在上海生物化学与细胞生物学研究所李劲松课题组完成了PhD,研究发育生物学。他在研究孤雄单倍体干细胞(androgenetic haploid stem cell)时接触到了基因编辑技术,但发现他们用的方法编辑效率较低。

杨辉研究员

在Whitehead Institute的Rudolf Jaenisch实验室(详情点击BioArt报道:致敬Rudolf Jaenisch丨转基因工程小鼠的四十六载)做博士后期间,杨辉学会了用CRISPR进行基因编辑,他的第一个课题涉及干细胞和细胞的重编程。这是他以前在教科书中从未遇到过的,也因此很快就喜欢上了CRISPR技术。与Jaenisch实验室另一位博后王皓毅(现中国科学院动物研究所研究员)合作,他用CRISPR建立了基因编辑小鼠,也发现CRISPR比其他方法更强大、更容易使用。2014年,杨辉作为海外高层次人才回国建立了自己的实验室。他也从转基因动物模型的创建,转向了体细胞的基因编辑研究,期望有朝一日能把研究成果转化为疾病的疗法。中国脑科学与智能技术卓越创新中心学术主任、神经所前任所长蒲慕明院士表示,杨辉是一位对新技术着迷的年轻天才科学家,他敢于追求疯狂的想法,其中许多想法都源于他思维碰撞产生的火花。“他勇敢地加入竞争激烈的基因编辑领域,” 蒲慕明说,“正如一句中国谚语所说的那样,初生牛犊不怕虎(“a newborn calf is not afraid of the tiger”)”当杨辉还是一名博士生的时候,蒲慕明就已经认识他了,他们在一个基因编辑猴的课题中有过合作。杨辉做完博后就加入了神经所,也时常得到蒲慕明的指导。“我的兴趣就是学习新的事物,寻找新的挑战。”杨辉说。在杨辉课题组最近的工作中,他的团队开发出了更精确和高效的单碱基编辑工具。他相信这些工具会有应用于临床的潜力,比如在干细胞和体外应用方面。但是,对于临床上的应用,“我们需要更精确的工具”,杨辉说。基于CRISPR-Cas的基因编辑通常涉及DNA的双链断裂。而在单碱基编辑中,胞苷脱氨酶APOBEC1与Cas9的融合蛋白只引起单链的断裂,在目标位点把胞嘧啶(C)转化为胸腺嘧啶(T)。杨辉和他的同事已经优化了碱基编辑器,让脱氨酶的表达更高,并提高其细胞核定位。与其他碱基编辑器相比,他们的编辑工具更不容易脱靶,产生不必要的indels更少。不仅如此,这些编辑工具的编辑窗口也比较窄。杨辉说:“我们不想纠正一个突变的同时引起另一个突变。”但是,当其他胞嘧啶靠近目标碱基时,也有可能会被编辑,从而产生不必要的突变。以结构为基础,杨辉团队专注于改造脱氨酶的DNA结合域。脱氨酶有自己的DNA结合域,但并不是必需的,Cas9的DNA结合域就足够了。他们选择了关键的氨基酸位点,并筛选出了影响DNA结合但不会对其他编辑特性产生负面影响的变体。因为DNA结合域与RNA结合域成簇分布,杨辉认为这些变体也可以用于RNA编辑。部分氨基酸起着关键的作用,一些变体用于RNA编辑时更容易脱靶,而另一些则相反。研究人员还是设法找到了一些变体,无论是用于RNA还是DNA编辑,它们的精度和活性都较高。对于基因编辑在生物体内的应用,杨辉更喜欢RNA编辑,因为这些工具更小,编辑效率更高。在他看来,RNA编辑似乎比DNA编辑更安全,尽管关于非特异性剪切的担忧仍然存在。“我相信,这个问题会得到解决的”杨辉表示。杨辉认为,CRISPR的编辑窗口较宽,对于药物筛选来说是可以接受的。单碱基编辑也有临床应用的前景,这是因为许多疾病都是由点突变引起的。他和以前的学生创办了一家公司(辉大基因),以探索基因编辑和在人类疾病上的应用。杨辉说,还有很多工作要做,尤其是在安全性方面。杨辉经常通过社交媒体(通常是微信)上的互动来获得想法,但他更喜欢面对面的交流。在Rudolf Jaenisch的实验室里,他认识到了独立思考的价值,并以此为风格设计了他的实验室。他说,实验室成员随时都可以敲他的门。他鼓励更有经验的实验室成员指导其他人设计和做实验。在组会里,“我们只分享ideas。”他的一名学生正在与丹麦的一所大学合作,他也希望实验室可以吸引其他来自国外的人。杨辉每周和朋友打一次篮球,但他更热爱足球。从高中开始,他就是一个曼联的铁杆球迷(die-hard Manchester United fan)

Nature Methods官方Twitter对杨辉研究员的报道

原文链接

https://www.nature.com/articles/s41592-020-0857-1.pdf​www.nature.com

Measure

Measure

点击数:0