引导编辑器高通量筛选揭示人类基因组中的功能性同义突变

研究背景

      由于不改变蛋白质的氨基酸序列，同义突变在传统上被认为是中性的。然而，近年来在病毒、原核生物和酵母中的研究提示，同义突变亦可能对生物适应度产生影响，但其在人体细胞中的功能尚未系统探究。目前缺乏统一的方法大规模地分析人类同义突变的生物学效应，尤其是在临床相关背景下的功能鉴定。

结果与展望

      本研究开发了一种基于Prime Editor的高通量筛选技术PRESENT，构建了包含297,900 条epegRNA、覆盖3,644个人类蛋白编码基因的文库，并在HCT116细胞中开展了长达35天的细胞适应度筛选（图1a，1b）。结果表明，大多数同义突变对细胞生长无显著影响，说明其仍可能在整体上保持中性（图1c，1d）。此外，在筛选中有约0.43%的同义突变会引发细胞表型改变（如抑制增殖），其比例显著低于非同义突变（约3.83%）。

      进一步结合单细胞测序（DIRECTED-seq）和Ribo-seq验证，研究发现部分功能性同义突变通过干扰剪接位点、改变mRNA二级结构或影响起始密码子区的翻译效率，从而调控基因表达和蛋白合成过程。代表性突变如PLK1_S2（AGT>AGC）增强了mRNA局部稳定性但抑制了翻译起始，BUB1B_R322（AGG>AGA）则引发了异常剪接，导致mRNA降解。

      此外，团队还基于大规模筛选数据训练了机器学习模型DS Finder，系统整合剪接、密码子偏好、碱基保守性等75个特征指标，能够高效预测潜在的有害同义突变，并在ClinVar数据库中重新注释了多个被标注为“良性”或“意义未明”的临床突变，如G6PC3 c.G399A，该突变被验证会引起异常剪接并下调基因表达，提示其潜在致病风险（图1e）。

作者简介

      北京大学魏文胜实验室博士生牛煦然、唐玮，出站博士后刘永烁为共同第一作者，刘莹副研究员为共同通讯作者。魏文胜实验室长期聚焦基因编辑与功能基因组学的原创技术开发与临床应用转化。

《自然-生物技术》Nature Biotechnology 

DOI: 10.1038/s41587-025-02710-z 

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Prime editor-based high-throughput screening reveals functional synonymous mutations in human cells 

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