Protein language models-assisted optimization of a uracil-N-glycosylase variant enables programmable T-to-G and T-to-C base editing

生物 胞苷脱氨酶 横截 DNA糖基化酶 脱氨基 胞苷 尿嘧啶 尿嘧啶DNA糖基化酶 腺嘌呤磷酸核糖转移酶 突变 基底切除修复术 计算生物学 腺苷脱氨酶 核苷酸 遗传学 生物化学 DNA 基因 DNA修复 嘌呤
作者
Yan He,Xibin Zhou,C.-H. Chang,Ge Chen,Weikuan Liu,Geng Li,Xiaoqi Fan,Mingsun Sun,Chensi Miao,Qianyue Huang,Yunqing Ma,Fajie Yuan,Xing Chang
出处
期刊:Molecular Cell [Elsevier BV]
卷期号:84 (7): 1257-1270.e6 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.molcel.2024.01.021
摘要

Current base editors (BEs) use DNA deaminases, including cytidine deaminase in cytidine BE (CBE) or adenine deaminase in adenine BE (ABE), to facilitate transition nucleotide substitutions. Combining CBE or ABE with glycosylase enzymes can induce limited transversion mutations. Nonetheless, a critical demand remains for BEs capable of generating alternative mutation types, such as T>G corrections. In this study, we leveraged pre-trained protein language models to optimize a uracil-N-glycosylase (UNG) variant with altered specificity for thymines (eTDG). Notably, after two rounds of testing fewer than 50 top-ranking variants, more than 50% exhibited over 1.5-fold enhancement in enzymatic activities. When eTDG was fused with nCas9, it induced programmable T-to-S (G/C) substitutions and corrected db/db diabetic mutation in mice (up to 55%). Our findings not only establish orthogonal strategies for developing novel BEs but also demonstrate the capacities of protein language models for optimizing enzymes without extensive task-specific training data.
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