基因组编辑工具的特异性决定了其临床治疗的安全性，现有高保真编辑器改造策略却长期受限于活性与特异性之间的权衡、人力筛选成本过高以及成功率偏低等问题。2026年7月23日，北京大学伊成器团队与华东师范大学李大力研究员团队在《自然》杂志发表了题为《Precise DNA base editing using AlphaFold3-based contact modelling》的研究论文。他们开发了名为ContactSeek的人工智能框架，该框架利用AlphaFold3预测的接触概率并结合全基因组脱靶测序数据，系统识别出能显著提升碱基编辑器特异性的关键氨基酸残基，并将该方法成功应用于ABE和CBE两种编辑系统。
研究团队首先建立了dI-profiling中间体示踪测序技术，他们通过识别ABE催化反应中产生的脱氧肌苷中间体来精准捕获全基因组水平的脱靶位点。利用该方法在HEK293T细胞和人类造血干细胞中针对多个sgRNA开展实验后，团队实现了单碱基分辨率的编辑信号检测，并且这些信号的强度与靶向扩增子测序验证得到的编辑效率之间呈现出了强正相关关系。在应用AF3进行结构预测的过程中，研究团队发现接触概率这一输出项比预测的三维结构更敏感地捕捉到靶向与非靶向复合物之间的相互作用差异。对于大约三分之一的脱靶复合物，其三维折叠方式与靶向复合物几乎无法区分，但接触概率矩阵却展现出了显著的数值变化，而且这些变化与实验测得的脱靶编辑强度之间保持了高度一致的对应关系。
ContactSeek框架首先从接触概率矩阵中提取每个Cas残基与DNA或sgRNA之间的关键接触信息，随后通过相关性分析识别出接触变化趋势高度一致的残基群并将这些区域定义为“一致性接触区域”。研究团队针对SpCas9上的关键接触残基设计了23种单点突变体并逐一进行实验评估，其中K1020D突变体在维持靶向位点编辑活性的同时使全基因组脱靶编辑水平大幅下降。分子动力学模拟结果揭示K1020D通过破坏脱靶复合物中该残基与非模板链DNA之间的特异性接触来减少脱靶事件的发生。将Cas9(K1020D)与TadA8e(F156D)组合获得的最佳变体ABE8e-DD在多项正交评估中展现出了优于现有高保真ABE变体的整体特异性表现。
ContactSeek框架还被成功推广到了LbCas12a-based CBE系统中去，研究团队分别针对Cas12a蛋白和APOBEC3A脱氨酶进行了独立建模并最终筛选出Cas12a(R284E)-A3A(H29D)组合变体。该变体在多个内源基因组位点上保持了与野生型Cas12a-A3A相当的靶向编辑效率，同时在guide RNA依赖性和非依赖性DNA脱靶以及RNA脱靶等多个维度上都表现出了显著提升的特异性。对于Cas9、Cas12a、TadA8e和APOBEC3A这四种完全不同类型的蛋白质，ContactSeek的成功率分别达到了56.5%、35.3%、64.7%和77.8%。这套结合了结构预测与功能验证的计算框架为基因编辑工具的特异性改造提供了一种可推广的全新策略。
READING
BioPeers
热门跟贴