闲聊一下BEAM Tx和Base Editing

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$Beam Therapeutics(BEAM)$ 


传统的CRISPR技术只能实现基因编辑的第一步,即精准定位。但定位后只能剪断双链DNA(DSB),无法直接对基因实行编辑。后续要么通过NEJM对断裂快速但不完美的修复,间接产生大量的small insertion and deletion (Indel)造成蛋白编码的frame shift,从而达到破坏基因表达的效果。要么通过HDR,在有DNA模版的前提下进行完美的修复。不幸的是,前者的修复效率往往远高于后者,而且后者基本上只适用正在分裂的细胞。因此由于HDR的修复效率低下,特别是在体内的修复效率低下,往往只有10%左右,又受限于细胞类型,以至于CRISPR 1.0基本上只适用于高效的破坏基因,而不是低效的修复基因。受累于此,CRISPR临床三剑客的开发项目,除了几个体外编辑的项目外,都进展极其缓慢,基本陷于停滞状态。


Base Editing的横空出世可以说精确的解决了CRISPR 1.0自身的不足,引入了作用于单链DNA的Deaminase,来直接实现C->T(CBE),或者A->G(ABE)的高效率单碱基编辑。CBE和ABE技术是由哈佛大学化学系教授David Liu 刘如谦和他的两位美女博士后共同开发的。


初代的CBE和ABE从一开始就能对处于SpCas9 PAM窗口位置4~7的碱基实现远远高于10%的编辑效率。另外,由于该技术不会引起DSB,因而不会产生大量Indel,以及有害的DNA rearrangement和chromosomes translocation。因此安全性也高于CRISPR 1.0。因此该技术自16年问世以来就迅速在基因编辑学术界引起轰动,被誉为是CRISPR 2.0。几年之内全世界上千家实验室都纷纷运用Base editing技术开展各种研究。Nature Biotechnology子刊也一度被人戏称为Nature Base Editing子刊。


尽管如此,Base editor还是存在一些不足。首先,并非所有的基因突变都是单碱基突变,单碱基突变在所有基因疾病中占比大约为不到60%。其次C->T和A->G突变只是6种所有可能单碱基突变中的2种,尽管是其中占比最大的两种。2020年中另外的几个研究小组同时宣布了C->G(CGBE)编辑器的问世,进一步扩大了Base editor的应用范围。总的来说,目前的Base editor理论上来说最多可以治疗全部基因突变造成的遗传病中的三分之一多一点。


从纯技术角度上来说,早期的Base editor也有明显的改进空间。第一,野生SpCas9 PAM仅限于NGG,适用范围非常小,好多常见的单碱基突变都不在最佳窗口位置。第二,如果编辑窗口中有多个C或者A,即使不是编辑目标,也有不小的概率会被编辑到形成bystanders。由于蛋白质编码的冗余性,即64个triplets编码对应20个氨基酸,因此也不是所有的bystander都会改变蛋白质的构成,有相当一部分会是silent bystander。反过来所,如果该bystander不是silent bystander,改变了蛋白质构成,则需要进一步评估该突变会否产生负面影响。第三,Base editor的编辑效率虽然很高,但大多数情况下的编辑效率也离100%还有一定差距。第四,Base editor也有各种脱靶效应,包括Cas9自身的RNA dependent 的DNA脱靶效应,和Base editor特有的RNA independent 的DNA和RNA脱靶效应。


好在在Beam Therapeutics,David Liu实验室以及全世界其它诸多实验室的共同努力下,Base editor近几年不停的进化,取得了一个又一个令人瞩目的成果。


比如BEAM-101,102针对SCD的体外编辑项目都达到了90%左右的编辑效率,分别在老鼠模型和体外细胞实验中达到了65%的HbF和 90%的HbG,明显高于CRSP 老鼠模型中30%左右的HbF和EDIT 老鼠模型中50%左右的HbF。另外,BEAM在2020年的ASH上也宣布BEAM-101没有观察到脱靶现象。


BEAM-201则是针对T细胞急性淋巴性白血病 (T-ALL)的CAR-T。其临床前的编辑数据也非常完美。能同时敲除四个基因,而且这四个基因的编辑效率高达96~99.9%;CAR本身的编辑率为85%。总的来说,91%的T Cell实现四个基因的完全敲除;77%的T Cell实现了全部5个基因编辑。这也是目前为止临床级别的异体CAR-T的最高基因编辑水平。

 

当然关于BEAM和Base Editing的故事还有很多这里没有提到。可以肯定的是,关于它们的故事才刚刚开始,未来一定还有更多的精彩。

全部讨论

2021-03-10 18:19

poseida的clo051酶技术相比比crispr升级了,脱靶率低。但操作的也是双链,是不是也可以说未来戏不太大?

2021-01-21 08:31

多谢分享。 投送工具目前的进展如何?

2021-01-17 11:15

David Liu yysd

基因编辑技术,体外治疗面临传统慢病毒转染基因疗法的竞争,孰优孰劣难说。体内治疗,面对分子过大,难以穿透细胞膜,给药有效率提升困难的问题。

基因编辑前途远大,但似乎离临门一脚,还差点火候?$Beam Therapeutics(BEAM)$ $Editas Medicine(EDIT)$ $CRISPR Therapeutics(CRSP)$
所谓基因三剑客,crispr强在适应症选取大适应症,商业公司合作,技术并没有优势。beam技术独到,体内也发挥作用道路且长。也许还会有更小分子的技术出现,形成突破。

2020-12-08 22:47

星辰大海

2021-09-30 02:10

膜拜

2021-09-18 08:31

beam走势落后于edit,被虐残、求安慰。

2021-07-17 17:30

大佬是在波士顿?

2021-07-12 05:04

闲聊一下BEAM Tx和Base Editing

2021-06-29 12:02

金总太专业了。优秀。学习了。