基于CRISPR技術(shù)的基因編輯工具自問(wèn)世以來(lái)，徹底改變了人類(lèi)對基因進(jìn)行編輯和調控的方式。CRISPR技術(shù)包括一系列可以操縱基因及其表達的工具，如靶向DNA的Cas9和Cas12酶，以及靶向RNA的Cas13酶等等。
任何時(shí)候，對于人體DNA的改變都應謹慎對待，尤其是可遺傳的改變。相比而言，特定的RNA在體內存在的時(shí)間較短，因此靶向與疾病相關(guān)的RNA突變是一個(gè)更安全的選擇，可避免對基因組進(jìn)行永久性改變及因此可能帶來(lái)的潛在風(fēng)險。
近日，華人科學(xué)家張鋒及其團隊開(kāi)發(fā)出一種名為RESCUE 的全新CRISPR基因編輯技術(shù)，可以實(shí)現之前無(wú)法做到的RNA單堿基編輯。該成果于7月11日發(fā)表在Science上 。
1、CRISPR 工具包新成員
RESCUE (RNAEditing for Specific C to U Exchange），即用于胞嘧啶（C）向尿嘧啶（U）特異性變化的RNA編輯系統，是由張鋒教授團隊先前開(kāi)發(fā)的REPAIR技術(shù)改進(jìn)而來(lái)。
REPAIR是基于靶向RNA的CRISPR/Cas13系統開(kāi)發(fā)的，能利用一種叫做ADAR2的酶，特異性地將RNA上的腺嘌呤（A）轉化為肌苷（I）。在細胞看來(lái)，I與鳥(niǎo)嘌呤（G）沒(méi)有區別，因此就能按G處理，合成具有正常生理功能的蛋白質(zhì)。這一逆轉有助于從根源上治療一些由G向A突變引發(fā)的疾病。
在此基礎上，張鋒教授團隊通過(guò)進(jìn)化ADAR2酶，使其擁有了全新的功能，即借助失活的 Cas13 引導，將RNA 中的C轉化為U，與此同時(shí)，它原先將A轉化為I的功能也得到了保留。RESCUE使RNA編輯可靶向的致病性突變數量加倍。
張鋒教授說(shuō)：“為了治療導致疾病的多種不同遺傳變異，我們需要一系列精準技術(shù)以供選擇。通過(guò)開(kāi)發(fā)這種全新的酶，并將其與CRISPR系統的可編程性與精準性進(jìn)行整合，我們能填補工具箱中的一個(gè)巨大空缺。”
2、RESCUE的潛力
RESCUE大大擴展了CRISPR工具能夠靶向的范圍，包括許多蛋白質(zhì)活性和功能的位點(diǎn)（如磷酸化、糖基化和甲基化）。這些位點(diǎn)充當蛋白活性開(kāi)啟/關(guān)閉的開(kāi)關(guān)，主要存在于信號分子和癌癥相關(guān)通路中。
為了測試RESCUE的潛力，研究團隊進(jìn)一步在人類(lèi)細胞中對多個(gè)關(guān)鍵RNA進(jìn)行了編輯。
RNA編輯的一個(gè)主要優(yōu)勢是它的可逆性，而DNA水平的變化是永久性的。因此，在可能需要臨時(shí)而非永久性修改的情況下，RESCUE可以發(fā)揮其獨特優(yōu)勢。
為了證明這一點(diǎn)，研究團隊在人類(lèi)細胞中使用RESCUE靶向編碼β-catenin的RNA特定位點(diǎn)（已知其在蛋白質(zhì)產(chǎn)物上被磷酸化），短期激活該蛋白并促進(jìn)細胞生長(cháng)。
如果這種改變是永久性的，就會(huì )導致細胞不受控的生長(cháng)，甚至是癌癥。但使用RESCUE系統編輯RNA，細胞的短期生長(cháng)則可以被用來(lái)促進(jìn)傷口愈合，以應對急性損傷。
此外，一些細胞類(lèi)型，如神經(jīng)元，很難通過(guò)CRISPR/CAS9進(jìn)行編輯，因此需要新的策略來(lái)治療影響大腦的破壞性疾病。
這里，研究人員瞄準了一種晚發(fā)性阿爾茨海默病的遺傳危險因素APOE4。APOE2與APOE4之間只有微小的差異，但前者卻不是危險因素。研究人員通過(guò)RESCUE技術(shù)將風(fēng)險相關(guān)的 APOE4 RNA 中的C轉化為U，從而將其轉化為非危險因素APOE2。
總的來(lái)說(shuō)，RESCUE是一個(gè)可編程的基礎編輯工具，能夠精確地將C轉換為U，它為RNA靶向工具包增添了新的基礎編輯功能，也為擴展遺傳疾病的建模和潛在療法鋪平了道路。
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