【文献解读】张锋团队开发新型基因编辑器NovaIscB，实现持久高效基因组编辑
2025年5月，《Nature Biotechnology》在线发表了题为"Evolution-guided protein design of IscB for persistent epigenome editing in vivo"的研究论文。该研究由华人科学家张锋团队主导，研究通过整合进化引导的蛋白质工程策略，开发出新型紧凑型基因编辑器NovaIscB，并成功构建单AAV递送的持久表观遗传编辑系统OMEGAoff，为慢性病基因治疗提供了突破性工具。
文章亮点
1. 百倍效率的提升：通过同源基因筛选获得高活性IscB变体OrufIscB，经REC结构域工程改造后，NovaIscB的编辑效率较野生型提升100倍，最高可达40% indel效率。
2. 精准靶向突破：有效引导RNA长度从13bp扩展至20bp，并且脱靶率显著低于现有紧凑编辑器。
3. 单载体体内递送：融合甲基转移酶构建出OMEGAoff系统，NovaIscB与截短ωRNA可封装至单AAV载体，突破大尺寸编辑器难递送的瓶颈。
4. 持久的基因沉默：小鼠体内单次注射OMEGAoff，靶基因表达抑制持续≥6个月，血清胆固醇水平显著降低且无肝毒性。
传统CRISPR-Cas编辑器具有尺寸过大，难以兼容AAV载体递送，且难以平衡高效编辑与低脱靶性的缺点。IscB作为Cas9的祖先蛋白虽具紧凑优势，但存在编辑效率低、引导RNA短等缺陷。因此研究人员通过自然进化多样性挖掘与蛋白质工程优化的方式，旨在开发高效精准的微型编辑器。
一、 进化引导的蛋白质设计
1. 同源基因的筛选
研究人员通过测试144个IscB及6个II-D型Cas9同源物，鉴定出高效变体OrufIscB，其编辑效率为8%，较前代提升10倍。
图1.筛选天然IscB变体
2. REC结构域嵌合
研究人员将Cas9的REC识别域插入OrufIscB的保守位点，并从183个嵌合体中优选出Nba-1 REC变体，其有效引导长度增加至15bp。
3. 关键环区优化
通过54种REC环交换组合，最终获得NovaIscB，其有效引导长度20bp，特异性较野生型提升200倍。
图2.OrufIscB的重新设计以实现高效编辑
二、 ωRNA工程改造
研究人员通过删除ωRNA5'端42nt 与 3'端17nt的非必需茎环结构，使ωRNA总长从225nt降至166nt。结果显示：截短版的ωRNA在人细胞中的表达量提升了4倍。
图3： ωRNA支架的结构导向工程
三、OrufIscB可作为多功能基因组调控工具
研究人员通过融合失活型OrufIscB-KRK（RuvC/HNH结构域失活）与DNA甲基转移酶（Dnmt3A-3L）和转录抑制域（KRAB），构建出了紧凑型表观编辑器OMEGAoff。在HEK293FT和AML12细胞中OMEGAoff实现了与CRISPRoff相当的转录抑制效果，通过优化融合架构，靶基因表达被抑制至对照组的20%-30%。
图4：OMEGAoff与CRISPRoff相当的转录抑制效果
同时研究人员以每只动物2×10*11个总病毒颗粒的剂量向小鼠静脉内注射编码OMEGAoff的AAVs和Pcsk 9/Rosa 26靶向指导物，并在不同时期收集小鼠血液样品以分离血清用于测量PCSK 9蛋白和胆固醇水平。结果显示注射3周后，靶向组血清PCSK9下降70%，胆固醇降低40%，且效果可持续6个月。在安全性方面未检测到小鼠肝损伤标志物（胆红素/ALT）升高。
图5.AAV递送OMEGAoff进行体内Pcsk 9抑制的实验及结果分析
总结与展望：
该研究通过进化引导蛋白质的工程策略，成功开发出紧凑型RNA引导核酸酶NovalscB。其融合表观编辑器OMEGAoff在单AAV载体递送下实现了持久性基因调控，且靶基因表达抑制持续≥6个月，血清胆固醇水平显著降低且无肝毒性，证明了其在慢性疾病治疗中的潜力，为慢性病基因治疗提供了突破性工具。
