The success of base editors for the study and treatment of genetic diseases depends on the ability to deliver them in vivo to the relevant cell types. Delivery via adeno-associated viruses (AAVs) is limited by AAV packaging capacity, which precludes the use of full-length base editors. Here, we report the application of dual AAVs for the delivery of split cytosine and adenine base editors that are then reconstituted by trans-splicing inteins. Optimized dual AAVs enable in vivo base editing at therapeutically relevant efficiencies and dosages in the mouse brain (up to 59% of unsorted cortical tissue), liver (38%), retina (38%), heart (20%) and skeletal muscle (9%). We also show that base editing corrects, in mouse brain tissue, a mutation that causes Niemann–Pick disease type C (a neurodegenerative ataxia), slowing down neurodegeneration and increasing lifespan. The optimized delivery vectors should facilitate the efficient introduction of targeted point mutations into multiple tissues of therapeutic interest. Optimized adeno-associated viruses delivering split cytosine base editors and adenine base editors with trans-splicing inteins can edit brain, liver, retina, heart and skeletal-muscle tissues at therapeutically relevant efficiencies.

Mutations in the USH2A gene are the most common cause of non-syndromic inherited retinal degeneration and Usher syndrome, which is characterized by congenital deafness and progressive vision loss. Development of a vector mediated therapy for USH2A-associated disease has been challenging due to its large size of coding sequence (~15.6kb). Therefore, there is an unmet need to develop alternative therapeutic strategies. The USH2A protein (Usherin) contains many repetitive domains, and it has been hypothesized that some domains may be dispensable with regard to protein function. Here, we show that skipping of exon 13 of the human USH2A gene or the equivalent exon 12 of the mouse Ush2a gene results in an in-frame transcript that produces functional Usherin protein. This nearly full length Usherin rescues the ciliogenesis in Ush2a null cells as well as the cochlear and retinal phenotypes in Ush2a null mice. Together, our results support the development of exon-skipping strategies to treat both visual and hearing loss in patients with USH2A-associated disease due to mutations in exon 13.

Intraflagellar transport (IFT) is a bidirectional transport process that occurs along primary cilia and specialized sensory cilia, such as photoreceptor outer-segments. Genes coding for various IFT components are associated with ciliopathies. Mutations in IFT172 lead to diseases ranging from isolated retinal degeneration to severe syndromic ciliopathies. In this study, we created a mouse model of IFT172-associated retinal degeneration to investigate the ocular disease mechanism. We found that depletion of IFT172 in rod photoreceptors leads to a rapid degeneration of the retina, with severely reduced electroretinography responses by one month and complete outer-nuclear layer degeneration by two months. We investigated molecular mechanisms of degeneration and show that IFT172 protein reduction leads to mislocalization of specific photoreceptor outer-segments proteins (RHO, RP1, IFT139), aberrant light-driven translocation of alpha transducin and altered localization of glioma-associated oncogene family member 1 (GLI1). This murine model recapitulates the retinal phenotype seen in patients with IFT172-associated blindness and can be used for in vivo testing of ciliopathy therapies.