博士畢業(yè)于西北農(nóng)林科技大學(xué)，留校任教，西北農(nóng)林副教授以共同第一作者身份發(fā)表Nature Communications

近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)陳玉林教授團(tuán)隊(duì)合作在《Nature Communications》期刊上發(fā)表題為“Engineering the MmeFz2-ωRNA system for efficient genome editing through an integrated computational-experimental framework”的研究成果。動(dòng)科學(xué)院魏迎輝教授、王小龍教授和動(dòng)物醫(yī)學(xué)院劉旭教授及上?？萍即髮W(xué)吳兆韡副研究員為論文的共同通訊作者。動(dòng)科學(xué)院徐坤副教授和在讀博士研究生李尚樸、伍振旻、高鵬飛和碩士研究生姜鶴楠為共同第一作者。

該研究首先在ωRNA骨架優(yōu)化方面，利用AlphaFold3對(duì)MmeFz2-ωRNA-DNA三元復(fù)合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，針對(duì)野生型ωRNA中存在的結(jié)構(gòu)冗余與不穩(wěn)定序列進(jìn)行定向改造和重塑，開(kāi)發(fā)出截短增強(qiáng)型en-ωRNA。優(yōu)化后的ωRNA骨架尺寸縮小30%，穩(wěn)定性與轉(zhuǎn)錄強(qiáng)度顯著提升，其介導(dǎo)的基因編輯（Indel）效率較野生型提高至16.7倍。

在MmeFz2蛋白優(yōu)化方面，研究采用了AlphaFold3輔助理性設(shè)計(jì)和EVOLVEpro驅(qū)動(dòng)AI進(jìn)化的互補(bǔ)性策略。首先，基于AlphaFold3的理性設(shè)計(jì)在蛋白-核酸界面設(shè)計(jì)了141個(gè)單點(diǎn)突變，通過(guò)細(xì)胞內(nèi)源位點(diǎn)打靶驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)篩選出C69K等高效突變體，進(jìn)一步通過(guò)兩輪組合優(yōu)化獲得理性設(shè)計(jì)最優(yōu)突變體en-Pro（C69K/E305N/E326Q）。該突變體與en-ωRNA組合形成enMmeFz2-ωRNA系統(tǒng)，其基因編輯效率較原始版本提升至76.0倍。同時(shí)，研究將141個(gè)單點(diǎn)突變體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果導(dǎo)入近期報(bào)道的EVOLVEpro蛋白語(yǔ)言模型，通過(guò)三輪“預(yù)測(cè)—驗(yàn)證”迭代篩選，選取效率最高的5個(gè)預(yù)測(cè)突變進(jìn)行組合，得到AI進(jìn)化突變體evo-Pro（E178H/E305S/E418R）。其與en-ωRNA組合形成了evoMmeFz2-ωRNA系統(tǒng)，編輯效率較原始版本提高至66.1倍。此外，研究通過(guò)在evoMmeFz2-ωRNA系統(tǒng)基礎(chǔ)上融合非特異性DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域（HMG-D），使該系統(tǒng)平均編輯效率進(jìn)一步提升1.2倍。

為驗(yàn)證該系統(tǒng)的體內(nèi)基因編輯潛力，研究分別構(gòu)建了搭載evoMmeFz2-ωRNA和evoMmeFz2-HMG-D-ωRNA的單AAV病毒顆粒，并通過(guò)腿部肌肉注射遞送至人源化杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良癥（DMD）模型小鼠體內(nèi)，成功誘導(dǎo)了DMD基因外顯子的跳躍編輯，達(dá)到了治療水平的肌萎縮蛋白表達(dá)。

該研究通過(guò)整合AlphaFold3輔助理性設(shè)計(jì)和EVOLVEpro驅(qū)動(dòng)AI進(jìn)化的互補(bǔ)策略，建立了一套基因編輯工具的優(yōu)化新方案，成功篩選出系列高效的MmeFz2核酸酶突變體，構(gòu)建了微型、高效的MmeFz2-ωRNA基因編輯新系統(tǒng)。