Approximately 140 million people worldwide are homozygous carriers of APOE4 (ε4), a strong genetic risk factor for late onset familial and sporadic Alzheimer's disease (AD), 91% of whom will develop AD at earlier age than heterozygous carriers and noncarriers. Susceptibility to AD could be reduced by targeted editing of APOE4, but a technical basis for controlling the off-target effects of base editors is necessary to develop low-risk personalized gene therapies. Here, we first screened eight cytosine base editor variants at four injection stages (from 1- to 8-cell stage), and found that FNLS-YE1 variant in 8-cell embryos achieved the comparable base conversion rate (up to 100%) with the lowest bystander effects. In particular, 80% of AD-susceptible ε4 allele copies were converted to the AD-neutral ε3 allele in human ε4-carrying embryos. Stringent control measures combined with targeted deep sequencing, whole genome sequencing, and RNA sequencing showed no DNA or RNA off-target events in FNLS-YE1-treated human embryos or their derived stem cells. Furthermore, base editing with FNLS-YE1 showed no effects on embryo development to the blastocyst stage. Finally, we also demonstrated FNLS-YE1 could introduce known protective variants in human embryos to potentially reduce human susceptivity to systemic lupus erythematosus and familial hypercholesterolemia. Our study therefore suggests that base editing with FNLS-YE1 can efficiently and safely introduce known preventive variants in 8-cell human embryos, a potential approach for reducing human susceptibility to AD or other genetic diseases.

中文翻译：

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人类 8 细胞胚胎能够通过胞嘧啶碱基编辑器有效诱导疾病预防性突变而不会产生脱靶效应。

全世界大约有 1.4 亿人是 APOE4 (ε4) 的纯合子携带者，APOE4 (ε4) 是晚发性家族性和散发性阿尔茨海默氏病 (AD) 的强遗传风险因素，其中 91% 的人会比杂合子携带者和非携带者更早地患上 AD。通过靶向编辑 APOE4 可以降低对 AD 的易感性，但控制碱基编辑器脱靶效应的技术基础对于开发低风险的个性化基因疗法是必要的。在这里，我们首先在四个注射阶段（从 1 到 8 细胞阶段）筛选了 8 个胞嘧啶碱基编辑器变体，发现 8 细胞胚胎中的 FNLS-YE1 变体与最低的旁观者效应。特别是，在携带 ε4 的人类胚胎中，80% 的 AD 易感 ε4 等位基因拷贝被转化为 AD 中性 ε3 等位基因。严格的控制措施与靶向深度测序、全基因组测序和 RNA 测序相结合，表明在 FNLS-YE1 处理的人类胚胎或其衍生干细胞中没有发生 DNA 或 RNA 脱靶事件。此外，使用 FNLS-YE1 进行的碱基编辑显示对胚泡期胚胎发育没有影响。最后，我们还证明了 FNLS-YE1 可以在人类胚胎中引入已知的保护性变异，从而潜在地降低人类对系统性红斑狼疮和家族性高胆固醇血症的易感性。因此，我们的研究表明，使用 FNLS-YE1 进行碱基编辑可以有效、安全地在 8 细胞人类胚胎中引入已知的预防性变异，这是一种降低人类对 AD 或其他遗传病易感性的潜在方法。和 RNA 测序显示在 FNLS-YE1 处理的人类胚胎或其衍生干细胞中没有 DNA 或 RNA 脱靶事件。此外，使用 FNLS-YE1 进行的碱基编辑显示对胚泡期胚胎发育没有影响。最后，我们还证明了 FNLS-YE1 可以在人类胚胎中引入已知的保护性变异，从而潜在地降低人类对系统性红斑狼疮和家族性高胆固醇血症的易感性。因此，我们的研究表明，使用 FNLS-YE1 进行碱基编辑可以有效、安全地在 8 细胞人类胚胎中引入已知的预防性变异，这是一种降低人类对 AD 或其他遗传病易感性的潜在方法。和 RNA 测序显示在 FNLS-YE1 处理的人类胚胎或其衍生干细胞中没有 DNA 或 RNA 脱靶事件。此外，使用 FNLS-YE1 进行的碱基编辑显示对胚泡期胚胎发育没有影响。最后，我们还证明了 FNLS-YE1 可以在人类胚胎中引入已知的保护性变异，以潜在地降低人类对系统性红斑狼疮和家族性高胆固醇血症的易感性。因此，我们的研究表明，使用 FNLS-YE1 进行碱基编辑可以有效、安全地在 8 细胞人类胚胎中引入已知的预防性变异，这是一种降低人类对 AD 或其他遗传病易感性的潜在方法。使用 FNLS-YE1 进行的碱基编辑显示对胚泡期胚胎发育没有影响。最后，我们还证明了 FNLS-YE1 可以在人类胚胎中引入已知的保护性变异，以潜在地降低人类对系统性红斑狼疮和家族性高胆固醇血症的易感性。因此，我们的研究表明，使用 FNLS-YE1 进行碱基编辑可以有效、安全地在 8 细胞人类胚胎中引入已知的预防性变异，这是一种降低人类对 AD 或其他遗传病易感性的潜在方法。使用 FNLS-YE1 进行的碱基编辑显示对胚泡期胚胎发育没有影响。最后，我们还证明了 FNLS-YE1 可以在人类胚胎中引入已知的保护性变异，以潜在地降低人类对系统性红斑狼疮和家族性高胆固醇血症的易感性。因此，我们的研究表明，使用 FNLS-YE1 进行碱基编辑可以有效、安全地在 8 细胞人类胚胎中引入已知的预防性变异，这是一种降低人类对 AD 或其他遗传病易感性的潜在方法。