51直播

表观遗传编辑（epigenome editing）利用失活的Cas蛋白（dCas）与转录调控结构域或表观遗传修饰酶融合，可在不改变DNA序列的前提下精准调控目标基因表达。由于该策略不依赖核酸酶介导的DNA切割，也不诱导DNA双链断裂，从源头上降低了基因组损伤风险，因此具有更高的安全性和更广阔的转化前景。然而，当前表观编辑器尺寸普遍较大、体内递送效率偏低，严重限制了其推广应用。如何开发兼顾尺寸、编辑活性与靶向特异性的新型表观编辑器，仍是推动该技术临床转化亟待解决的关键问题。

近日，51直播-51直播网 李开龙研究员、柏林研究员和向宽辉副研究员团队合作在Nature Structural & Molecular Biology发表题为“Structure-guided discovery and engineering of miniature CRISPR-Cas12m for epigenome editing”的研究论文。研究团队构建了基于AI结构预测的Cas12m挖掘平台，通过高通量筛选和结构指导的蛋白质工程改造，开发出高效、特异的微型表观编辑器，并利用单AAV载体递送单次治疗实现了乙型肝炎病毒（HBV）的持久表观沉默。

AI结构预测整合高通量功能筛选结果显示，来源于Pelomicrobiummethylotrophicum的微型蛋白PmCas12m表现出较强的DNA结合能力，并可识别相对灵活的5′-YTN-3′ PAM序列。为探究其靶向结合DNA的分子机制并为后续蛋白质工程改造提供结构基础，研究团队解析了PmCas12m复合物的冷冻电镜结构。结果显示PmCas12的RuvC催化中心由非经典的Asn327、Asp494和Asp581组成，不具有经典DED基序，且仅结合一个Mg²⁺，缺少DNA切割所需的第二个Mg²⁺。这一结构特征解释了PmCas12m为何能够稳定结合靶DNA，却天然缺乏DNA切割活性。

图1. PmCas12m复合物冷冻电镜结构

表观遗传调控在HBV转录及持续性感染中发挥重要作用，靶向HBV基因组进行表观沉默有望提供新的干预策略。为此，研究人员结合深度突变扫描（deep mutational scanning，DMS）和结构指导的蛋白质工程化改造，迭代进化获得了仅含581个氨基酸、具有高效表观编辑活性的工程化变体，并将其命名为xCas12m。后将xCas12m与CRISPRoff系统整合，构建了仅1305 aa 的新型表观抑制系统xCas12m-CRISPRoff。得益于xCas12m的紧凑尺寸，包含sgRNA在内的完整系统可装载进单个AAV载体。研究人员进一步在HBV小鼠模型中评估了其体内干预效果，结果显示，单次给予AAV-xCas12m-CRISPRoff后，小鼠血清HBeAg、HBsAg及HBV DNA水平均明显下降，肝组织中HBV总RNA和pgRNA也显著受到抑制。值得注意的是，该抑制效应在单次给药后可持续长达266天，显示出xCas12m在体内递送和持久基因沉默方面的应用潜力。

图2. 单AAV递送单次给药实现乙肝病毒持久沉默

综上，该研究建立了从挖掘平台构建、高通量功能筛选、结构解析、蛋白质工程化改造到体内验证的完整技术链条，开发出兼具紧凑尺寸、编辑活性与靶向特异性的微型表观编辑效应蛋白xCas12m。不仅打造了可单AAV递送的新一代表观遗传编辑工具，为乙型肝炎的干预提供了创新性治疗策略，也有望进一步拓展至其他病毒感染、遗传性疾病及肿瘤等更广泛的适应症。

51直播-51直播网 李开龙研究员、柏林研究员和向宽辉副研究员为论文共同通讯作者。51直播-51直播网 博士后于涛、博士生季萌、余东林、关照和朱荣祎为论文共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划及北京大学临床医学+X青年专项等项目资助。

原文链接：

//www.nature.com/articles/s41594-026-01890-9