Cell | AI 预测蛋白质结构揭示脱氨酶功能及其基因编辑应用
脱氨酶（Deaminase）是一类催化核苷酸和碱基脱氨的酶，广泛参与突变、核苷酸代谢以及基因编辑等重要生物学过程。近年来，脱氨酶在单碱基编辑技术中的应用受到了广泛关注。然而，传统的蛋白功能挖掘主要依赖于氨基酸序列信息，难以全面揭示脱氨酶的进化关系和功能特性。
2023 年 7 月，Cell 期刊在线发表了中科院遗传发育所高彩霞团队题为《Discovery of deaminase functions by structure-based protein clustering》的研究论文。
该项研究利用 AlphaFold2 预测脱氨酶家族的三维结构，并基于接哦古相似性进行蛋白质聚类分析。研究团队对 238 个脱氨酶蛋白的结构进行比对，发现了 20 个独立的结构分支，并鉴定到一类新的 SCP1.201 脱氨酶家族，其中包含可作用于单链 DNA（ssDNA）和双链 DNA（dsDNA）的脱氨酶。进一步的功能实验表明，这些新发现的脱氨酶在基因编辑中具有较高活性，并且脱靶效应较低。
通过人工智能辅助优化，研究团队成功设计了更小、更高效的胞嘧啶碱基编辑器（Cytosine Base Editor，CBE），并实现了将其封装进单个腺相关病毒（AAV）载体中，用于基因治疗。此外，研究发现其中一种新型脱氨酶在大豆中表现出高效的胞嘧啶碱基编辑能力，这一突破为农业领域的基因改良提供了新的工具。
该研究展示了一种基于蛋白质结构的新型功能挖掘方法，并成功鉴定了一类具有高特异性、高编辑效率的脱氨酶，极大地拓展了单碱基编辑技术的应用范围，为精准基因编辑在医学和农业领域的发展提供了重要的理论基础和工具支持。
中科院遗传发育所高彩霞研究组博士后黄佳颖、林秋鹏，博士生费宏源、贺子欣为该论文的并列第一作者，高彩霞研究院和齐禾生科生物科技有限公司的Kevin Tianmeng Zhao博士为本文共同通讯作者
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