西北农林科技大学教授入选国家级青年人才、在Nature Communications发表研究成果,突破递送瓶颈!效率提升76倍!
近日，由西北农林科技大学动科学院陈玉林教授领导的羊遗传改良与生物育种团队，联合上海科技大学等多个国内单位，在《Nature Communications》上发表了一篇题为“Engineering the MmeFz2-ωRNA system for efficient genome editing through an integrated computational-experimental framework”的研究论文。该研究介绍了一种名为MmeFz2-ωRNA的新型微型高效基因编辑系统，通过采用“AlphaFold3辅助理性设计+EVOLVEpro驱动AI进化”的策略成功开发而成。这种新系统的出现，为精准基因治疗及动物生物育种领域提供了重要的工具。
基因编辑技术作为生命科学领域的革命性突破，已经成为现代农业生物育种的核心驱动力。然而，目前广泛应用的CRISPR-Cas9等系统由于Cas9蛋白的大分子量，难以被腺相关病毒有效包装，限制了其在活体递送中的应用效率。因此，体积较小且免疫原性低的真核生物来源的Fanzor（Fz）蛋白家族，特别是Fanzor2（Fz2），受到了关注。尽管如此，天然版本的Fanzor2在哺乳动物细胞中的编辑活性较低，制约了其应用潜力。
为了克服这些问题，研究人员首先利用AlphaFold3对MmeFz2-ωRNA-DNA三元复合物进行了结构预测，并针对野生型ωRNA中存在的结构冗余和不稳定序列进行了改造，开发出截短增强型en-ωRNA。此外，通过AlphaFold3辅助理性设计和EVOLVEpro驱动AI进化的策略，研究团队优化了MmeFz2蛋白，最终形成了编辑效率显著提高的enMmeFz2-ωRNA和evoMmeFz2-ωRNA系统。这些系统不仅尺寸更小、稳定性更高，而且编辑效率较原始版本有了显著提升。
为进一步验证这些系统的体内基因编辑潜力，研究团队构建了搭载evoMmeFz2-ωRNA和evoMmeFz2-HMG-D-ωRNA的单AAV病毒颗粒，并通过注射到人源化杜氏肌营养不良症模型小鼠体内，成功诱导了DMD基因外显子的跳跃编辑，实现了治疗水平的肌萎缩蛋白表达。
总的来说，这项研究通过结合计算与实验的方法，建立了一套全新的基因编辑工具优化方案，开发出了系列高效的MmeFz2核酸酶突变体，以及一个微型、高效的MmeFz2-ωRNA基因编辑系统。这不仅丰富了现有的基因编辑工具箱，也为未来精准基因治疗和农业生物育种研究提供了新的可能性。
该论文的共同通讯作者包括西北农林科技大学动物科学技术学院的魏迎辉教授、王小龙教授，动物医学院的刘旭教授，以及上海科技大学的吴兆韡副研究员；共同第一作者则为动科学院徐坤副教授，以及在读博士研究生李尚朴、伍振旻、高鹏飞和硕士研究生姜鹤楠。
