2019年7月13日訊/
生物谷BIOON/---基於CRISPR的工具徹底改變了我們靶向與疾病相關的基因突變的能力。CRISPR技術包括一系列不斷增長的能夠操縱基因及其表達的工具，包括利用酶Cas9和Cas12靶向DNA，利用酶Cas13靶向RNA。這一系列工具提供了處理突變的不同策略。鑑於RNA壽命相對較短，靶向RNA中與疾病相關的突變可避免基因組發生永久性變化。此外，使用CRISPR/Cas9介導的編輯難以對諸如神經元之類的某些細胞類型進行編輯，因而需要開發新策略來治療影響大腦的破壞性疾病。
在一項新的研究中，美國麻省理工學院麥戈文腦科學硏究所研究員、布羅德研究所核心成員張鋒（Feng Zhang）及其團隊如今開發出一種稱為RESCUE（RNA Editing for Specific C to U Exchange, C→U交換特異性的RNA編輯）的策略。相關研究結果於2019年7月11日在線發表在Science期刊上，論文標題為「A cytosine deaminase for programmable single-base RNA editing」。
CRISPR家族酶Cas13在發揮作用。Cas13（粉紅色）是RESCUE平臺的核心，它使用特定的嚮導分子（紅色）靶向細胞中的RNA（藍色）。圖片來自Stephen Dixon。
張鋒和他的團隊，包括論文共同第一作者Omar Abudayyeh和Jonathan Gootenberg（如今都是麥戈文腦科學硏究所研究員），利用一種失活的Cas13將RESCUE引導到RNA轉錄本中的目標胞嘧啶鹼基上，並使用一種新的、經過進化的、可編程的酶將不想要的胞嘧啶（C）轉化為尿苷（U），從而指導RNA指令發生變化。RESCUE建立在REPAIR技術的基礎之上，其中REPAIR也是由張鋒團隊開發的，可將鹼基腺嘌呤轉化為RNA中的肌苷（Science, 2017, doi:10.1126/science.aaq0180，詳細新聞報導參見生物谷報導：
重磅！Nature和Science同日打擂臺發表新型DNA/RNA鹼基編輯器，可校正點突變）。
RESCUE顯著地擴展了CRISPR工具能夠靶向的範圍，包括蛋白中可修飾的位點，比如磷酸化位點。這些位點充當蛋白活性的開啟/關閉開關，而且主要存在於信號分子和癌症相關通路中。
張鋒說道，「為了應對導致疾病的
遺傳變化的多樣性，我們需要有一系列精確技術可供選擇。通過這種新的酶並將它與CRISPR的可編程性和精確性相結合，我們能夠填補工具箱中的關鍵空白。」
將RNA編輯的範圍擴大到新的靶標之前開發的REPAIR平臺使用靶向RNA的 CRISPR/Cas13將一種稱為ADAR2的RNA編輯器的活性結構域引導至特定的RNA轉錄物，在那裡它能夠將腺嘌呤（A）轉換為肌苷（I），即A→I。由於不存在具有替代活性的天然編輯器，張鋒和他的同事們進行了REPAIR融合，並在實驗室中讓它進行進化，直到它能夠將胞嘧啶轉換為尿苷，即C→U。
RESCUE能夠被引導至任何選擇的RNA，然後通過這種平臺中經過進化的ADAR2組分執行C→U編輯。張鋒團隊將這種新平臺導入到人細胞中，結果表明這能夠靶向人細胞中的天然RNA以及合成RNA中的24種臨床相關突變。然後，他們進一步優化了RESCUE以減少脫靶編輯，同時最小程度地降低對在靶編輯的幹擾。
新靶標即將到來利用RESCUE擴展靶向能力意味著通過磷酸化、糖基化和甲基化等翻譯後修飾調節許多蛋白的活性和功能的位點如今都可作為編輯的靶標。
RNA編輯的一個主要優點是它的可逆性，相比之下，DNA水平上的變化是永久性的。因此，在需要暫時而非永久進行修飾的情況下，就可臨時部署RESCUE。為了證實這一點，張鋒團隊發現在人細胞中，RESCUE能夠靶向編碼β-連環蛋白的RNA中的特定位點，從而導致β-連環蛋白活化和細胞生長的暫時增加，其中已知β-連環蛋白可發生磷酸化。如果永久性地發生這種修飾，那麼這可能讓細胞易於發生不受控制的細胞生長和癌變，但是在急性損傷時，暫時的細胞生長可能會刺激傷口癒合。
這些研究人員還靶向一種致病性的基因變體，即APOE4。 APOE4等位基因一直是晚發性阿爾茨海默病產生的一種遺傳風險因素。基因亞型APOE4與不是
遺傳風險因素的APOE2僅存在兩個鹼基的差別（在APOE4中，這兩個鹼基都是C，而在APOE2中，這兩個鹼基都是U）。張鋒和他的同事們將風險相關的APOE4 RNA導入細胞中，結果發現RESCUE能夠將它的特徵性的兩個鹼基C都轉化為U，因而將它轉化為APOE2序列，從而將風險相關的變體APOE4 轉化為非風險因素的變體APOE2。
就像張鋒實驗室之前開發的CRISPR工具一樣，他們計劃廣泛地分享RESCUE平臺，以便促進更多的人使用這種平臺，從而有助於將RESCUE 推向臨床，並且能夠讓人們使用這種平臺作為一種更好地理解致病突變的工具。這種平臺將通過非營利性質粒庫Addgene免費提供給人們用於開展學術研究。想要了解更多信息，請訪問張鋒實驗室的網頁：https://zlab.bio/。（生物谷 Bioon.com）
參考資料：Omar O. Abudayyeh et al. A cytosine deaminase for programmable single-base RNA editing. Science, 2019, doi:10.1126/science.aax7063.