Abstract Spinal muscular atrophy (SMA) is a devastating neuromuscular disease caused by mutations in the survival motor neuron 1 ( SMN1 ) gene. Gene editing technology repairs the conversion of the 6th base T to C in exon 7 of the paralogous SMN2 gene, compensating for the SMN protein expression and promoting the survival and function of motor neurons. However, low editing efficiency and unintended off‐target effects limit the application of this technology. Here, we optimized a TaC9‐adenine base editor (ABE) system by combining Cas9 nickase with the transcription activator‐like effector (TALE)‐adenosine deaminase fusion protein to effectively and precisely edit SMN2 without detectable Cas9 dependent off‐target effects in human cell lines. We also generated human SMA‐induced pluripotent stem cells (SMA‐iPSCs) through the mutation of the splice acceptor or deletion of the exon 7 of SMN1 . TaC9‐R10 induced 45% SMN2 T6 > C conversion in the SMA‐iPSCs. The SMN2 T6 > C splice‐corrected SMA‐iPSCs were directionally differentiated into motor neurons, exhibiting SMN protein recovery and antiapoptosis ability. Therefore, the TaC9‐ABE system with dual guides from the combination of Cas9 with TALE could be a potential therapeutic strategy for SMA with high efficacy and safety.

Glycosylase base editor (GBE) can induce C‐to‐G transversion in mammalian cells, showing great promise for the treatment of human genetic disorders. However, the limited efficiency of transversion and the possibility of off‐target effects caused by Cas9 restrict its potential clinical applications. In our recent study, we have successfully developed TaC9‐CBE and TaC9‐ABE by separating nCas9 and deaminase, which eliminates the Cas9‐dependent DNA off‐target effects without compromising editing efficiency. We developed a novel GBE called TaC9‐GBE YE1 , which utilizes the deaminase and UNG‐nCas9 guided by TALE and sgRNA, respectively. TaC9‐GBE YE1 showed comparable levels of on‐target editing efficiency to traditional GBE at 19 target sites, without any off‐target effects caused by Cas9 or TALE. The TaC9‐GBE YE1 is a safe tool for gene therapy.

Gene-switch techniques hold promising applications in contemporary genetics research, particularly in disease treatment and genetic engineering. Here, we developed a compact drug-induced splicing system that maintains low background using a human ubiquitin C (hUBC) promoter and optimized drug (LMI070) binding sequences based on the Xon switch system. To ensure precise subcellular localization of the protein of interest (POI), we inserted a 2A self-cleaving peptide between the extra N-terminal peptide and POI. This streamlined and optimized switch system, named miniXon2G, effectively regulated POIs in different subcellular localizations both in vitro and in vivo. Furthermore, miniXon2G could be integrated into endogenous gene loci, resulting in precise, reversible regulation of target genes by both endogenous regulators and drugs. Overall, these findings highlight the performance of miniXon2G in controlling protein expression with great potential for general applicability to diverse biological scenarios requiring precise and delicate regulation.