在转基因小鼠中通过胞嘧啶碱基编辑LPA可避免大片段缺失

Cytosine base editing of LPA in transgenic mice averts large deletions

作者信息Marcel A Chuecos, So Hyun Park, Madhvi M Bhakta, Usosa Too-Chiobi, Daniel Betancourth, Mingming Cao, Marco De Giorgi, Christopher J Walkey, Anjana Tiwari, Biana Godin, Julia M Assini, Donna J Palmer, Philip Ng, Michael B Boffa, Marlys L Koschinsky, Gang Bao, William R Lagor
PMID41782368
期刊Mol Ther
发布时间2026-06-03
DOI10.1016/j.ymthe.2026.02.049

实验完整度

包含体外细胞实验(HEK293T、Huh7)、稳定细胞系、转基因小鼠体内实验、SMRT-seq长读长测序及组织学分析,并进行了功能验证(apo(a)降低)和机制验证(大缺失定量)。

主要模型

LPA转基因小鼠(LPA+/0Ldlr−/−) HEK293T细胞 HEK293-Apo(a)稳定细胞系 Huh7细胞

重点核对

LPA guide 1和guide 2在LPA外显子2的C→T编辑效率 in vivo HDAdV-CBE6和AAV8-gRNA的剂量(3×10^11 VP HDAdV,5×10^11 GC AAV8) apo(a)降低的持久性(90天) 大片段缺失频率(SMRT-seq定量) 脱靶编辑(PLG位点)的概率

摘要

脂蛋白(a)(Lp(a))是一种遗传决定的因果性心血管疾病风险因素,大约20%的人群表现出升高的水平。虽然有前景的药物正在开发中,但目前尚无专门设计用于降低Lp(a)水平的获批疗法。对于Lp(a)水平极高的高危个体,肝脏定向的基因组编辑可能是一种有效的一次性解决方案。CRISPR和TALEN等基因组编辑方法可以降低LPA转基因小鼠模型中的Lp(a),但它们常常诱导大型且可能有害的基因组缺失。在此,我们报告了首次应用TadA衍生的胞嘧啶碱基编辑(CBE),通过辅助依赖性腺病毒(HDAdV)和腺相关病毒(AAV)载体递送,在LPA中引入提前终止密码子。该策略在LPA转基因小鼠中产生了循环载脂蛋白(a)(apo(a))的稳健且持久的降低。使用带有单分子独特分子标识符(UMI)的SMRT-seq,我们量化了缺失事件,发现CBE在靶向单个LPA位点时不诱导大片段缺失,并且在跨多个位点编辑时仅产生一小部分(<4%)的大片段缺失。相反,CRISPR/Cas9切割LPA主要导致大片段缺失。这些发现表明,CBE能够在LPA转基因小鼠模型中持续降低循环载脂蛋白(a)水平,同时在很大程度上保持基因组完整性。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
能否通过胞嘧啶碱基编辑在LPA中引入提前终止密码子,从而持久降低apo(a)水平,同时避免CRISPR/Cas9切割导致的大片段缺失?
核心机制
CBE(CBE6)在LPA外显子2(及guide 2额外的外显子22、24、28)引入C→T突变,产生提前终止密码子,使翻译提前终止,从而降低apo(a)蛋白水平。
主要证据
在LPA转基因小鼠中,HDAdV-CBE6和AAV8-LPA-G2递送实现了53-56%的编辑效率,apo(a)降低至检测限并持续90天;SMRT-seq显示大片段缺失频率低于4%,而CRISPR/Cas9处理导致40-80%的大缺失。
研究意义
作者提出,该研究建立了针对LPA以及其他高度重复和困难靶标的碱基编辑治疗开发的框架,可能为Lp(a)相关心血管疾病提供一次性治疗方案。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

体外gRNA筛选与碱基编辑器比较

评估候选gRNA(LPA guide 1-4)在CBE3.9max和CBE6下的编辑效率,选择最优gRNA和编辑器用于体内实验。

在HEK293T细胞中共转染CBE3.9max或CBE6与gRNA表达质粒,3天后通过NGS检测LPA外显子2的C→T编辑效率。

2

体外apo(a)分泌抑制验证

验证CBE介导的编辑能否减少分泌型apo(a)的产生。

在HEK293-Apo(a)稳定细胞系中,转染CBE6和LPA guide 1或2,通过ELISA测量培养基中apo(a)水平。

3

体内病毒递送与编辑效率评估

在LPA转基因小鼠中评估HDAdV-CBE6和AAV8-gRNA组合递送时的编辑效率和安全性。

通过尾静脉注射HDAdV-CBE6(3×10^11 VP)和AAV8-LPA-G1或G2(5×10^11 GC),监测体重、ALT、apo(a)水平,24天后取肝脏分析NGS编辑率和组织学。

4

脱靶编辑分析

预测并验证LPA guide 1和2的脱靶位点,特别关注PLG位点。

使用Cas-OFFinder和CBEdeep预测脱靶位点,在HEK293T细胞中用NGS检测预测位点的编辑效率。

5

体内PLG脱靶效应评估

评估CBE编辑对小鼠PLG的影响,包括蛋白水平和活性。

在体内实验中,通过Western blot和ELISA检测血浆PLG水平,并进行plasminogen活性测定。

6

长读长测序分析大片段缺失

定量CBE编辑和CRISPR/Cas9处理后LPA基因中的大片段缺失频率。

从肝脏样本提取DNA,进行UMI标记的PCR扩增,使用SMRT-seq测序,分析>200 bp的缺失。

7

长期编辑效果评估

评估CBE6和LPA guide 2介导的apo(a)降低的持久性。

在LPA转基因小鼠中,单次注射HDAdV-CBE6和AAV8-LPA-G2后监测90天,定期测定apo(a)水平和安全性指标。

8

脂质纳米颗粒递送尝试

探索CBE6 mRNA和gRNA的LNP递送策略,以实现瞬时表达。

使用不同LNP配方(MC3、306-O12B、SORT)包裹CBE6 mRNA和gRNA,在体外Huh7细胞和体内小鼠中评估编辑效率。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
Lipofectamine 2000转染试剂Thermo Fisher Scientific11668027
DMEM培养基Corning10-017-CM
胎牛血清Corning35-015-CV
青霉素-链霉素Corning30-001-CI
Mercodia Lp(a) ELISA试剂盒Mercodia10-1106-01
人纤溶酶原ELISA试剂盒Abcamab108893
apo(a)抗体--ab208184
α-1抗胰蛋白酶抗体Proteintech16382-1-AP
纤溶酶原抗体Abcamab154500
β-肌动蛋白抗体Sigma-AldrichSAB5600204
Odyssey封闭液Li-Cor927-40000
DNeasy血液和组织试剂盒Qiagen69506
CleanCap加帽试剂Trilink--
支原体检测试纸条InvivoGenrep-mys-50
Q5高保真DNA聚合酶New England BiolabsM0491
Phusion高保真DNA聚合酶Thermo Fisher ScientificF530S
Platinum SuperFi II DNA聚合酶Thermo Fisher Scientific12361010
SPRI磁珠Beckman CoulterB23318
NextSeq 1000/2000 P1 XLEAP-SBS试剂盒Illumina20100981
SMRTbell文库制备试剂盒3.0PacBio--
二油酰磷脂酰胆碱Avanti Polar Lipids850375P
胆固醇Sigma-Aldrich3667
二肉豆蔻酰-rac-甘油-3-甲氧基聚乙二醇2000Avanti Polar Lipids880151P
MC3脂质MedChemExpressHY-112251
306-O12B脂质Cayman Chemical37549
4A3-SC8脂质Echelon BiosciencesN-1438
4A3-Cit脂质MedChemExpressHY-153373
Axio Scan.Z1扫描仪Zeiss--
Olympus IX83显微镜Olympus--
Infinite M200 Pro酶标仪TECAN--
Spectramax M2e酶标仪Molecular Devices--
QuantStudio 5实时荧光定量PCR仪Applied Biosystems--
QX200 ddPCR EvaGreen预混液Bio-Rad1864033
Qubit 4荧光计Thermo Fisher Scientific--
Qubit dsDNA定量试剂盒InvitrogenQ32853
Vivaspin Turbo 4超滤离心管SartoriusVS04T42
Spectra-Por Float-A-Lyzer G2透析装置Spectrum LabsG235059

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
体外编辑
HEK293T细胞数量、DNA转染量、CBE6与gRNA质粒比例、转染试剂、收获时间
阅读提示:Methods: Cell culture
体内递送
病毒剂量(HDAdV-CBE6 3×10^11 VP,AAV8-gRNA 5×10^11 GC)、注射途径、小鼠品系和年龄、观察时间
阅读提示:Methods: Animals, Results: In Vivo Evaluation
脱靶分析
预测软件版本和参数、NGS流程、分析阈值
阅读提示:Methods: In silico prediction, On and off target DNA analysis
SMRT-seq分析
PCR引物序列、UMI设计、测序平台、数据处理参数
阅读提示:Methods: Library preparation for PacBio sequencing, SMRT-seq analysis
LNP递送
LNP配方(脂质比例)、mRNA和gRNA比例、注射剂量、小鼠株系
阅读提示:Methods: Lipid nanoparticle production