Nature Biotechnology：陳佳/楊力團(tuán)隊(duì)開發(fā)精準(zhǔn)高效的新型RNA編輯系統(tǒng)——RtABE

熱門推薦：基因治療 , RtABE , RNA編輯系統(tǒng) ,

來源：生物世界

2025-03-28

2025年3月26日，陳佳團(tuán)隊(duì)和楊力團(tuán)隊(duì)合作在《Nature Biotechnology》發(fā)表研究，開發(fā)出高效精準(zhǔn)的RNA編輯系統(tǒng)RtABE，為疾病治療帶來新希望。

各種可編程的、位點(diǎn)特異性的基因編輯工具的開發(fā)，為糾正致病基因突變提供了新方法和新策略，包括新興的 RNA 編輯技術(shù)。與 DNA 編輯不同，RNA 編輯只會(huì)瞬時(shí)改變由 DNA 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的 RNA 轉(zhuǎn)錄本，從而避免了 DNA 編輯脫靶所帶來的長期安全性風(fēng)險(xiǎn)。

目前已報(bào)道有兩種腺苷脫氨酶 ADAR（adenosine deaminase acting on RNA）依賴的靶向 RNA 腺苷至肌苷（A-to-I）的編輯系統(tǒng)。一種系統(tǒng)是使用外源 ADAR 與不同的定位蛋白融合表達(dá)，并通過導(dǎo)向 RNA 定位在轉(zhuǎn)錄本靶向位點(diǎn)誘導(dǎo) RNA 編輯，但外源 ADAR 蛋白的高表達(dá)會(huì)在全轉(zhuǎn)錄組范圍內(nèi)誘發(fā)嚴(yán)重的脫靶效應(yīng)。另一種是通過招募細(xì)胞內(nèi)源 ADAR 蛋白在在靶向位點(diǎn)介導(dǎo) RNA 編輯的系統(tǒng)，這類系統(tǒng)不會(huì)引起脫靶效應(yīng)，但內(nèi)源 ADAR 蛋白的靶向序列偏好性以及在不同組織細(xì)胞中的表達(dá)水平限制了這類系統(tǒng)的編輯范圍和編輯效率。

因此，開發(fā)一種低脫靶且編輯范圍寬的 RNA 編輯系統(tǒng)，對(duì)于 RNA 基礎(chǔ)研究和相關(guān)疾病的治療具有重要的意義。

2025年3月26日，上?？萍即髮W(xué)陳佳團(tuán)隊(duì)和復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院楊力團(tuán)隊(duì)合作，在 Nature Biotechnology 期刊發(fā)表了題為：Specific and efficient RNA A-to-I editing through cleavage of an ADAR inhibitor 的研究論文。

該研究開發(fā)了一種高效、精準(zhǔn)且具有廣泛編輯范圍的 RNA 腺苷堿基編輯系統(tǒng)——RtABE（RNA transformer Adenosine Base Editor）。

首先，研究團(tuán)隊(duì)對(duì) ADAR2 脫氨結(jié)構(gòu)域（ADAR2DD）具有潛在抑制作用的蛋白結(jié)構(gòu)域進(jìn)行了篩選，發(fā)現(xiàn)某些胞苷脫氨酶家族 APOBEC 的脫氧胞苷脫氨酶抑制結(jié)構(gòu)域（deoxycytidine deaminase inhibitor，dCDI）也可以作為 ADAR 抑制劑（ADAR inhibitor，ADI）。在RtABE系統(tǒng)中，研究團(tuán)隊(duì)將來源于人 APOBEC3 蛋白的 ADI（A3DADI）和 ADAR2DD 融合表達(dá)從而抑制其脫氨活性。在脫靶位點(diǎn)，由于 A3DADI 和 ADAR2DD 的融合連接，ADAR2DD 蛋白保持無活性狀態(tài)；而在靶向位點(diǎn)處，通過工程化改造的導(dǎo)向 RNA（engineered ADAR guide RNA，eagRNA），招募分裂的 TEV 蛋白酶和 ADAR2DD-A3DADI 的融合蛋白，切除 A3DADI 結(jié)構(gòu)域，將 ADAR2DD 蛋白由抑制狀態(tài)轉(zhuǎn)化為激活狀態(tài)，完成靶向編輯。

為了進(jìn)一步提高 RtABE 的精準(zhǔn)性，研究團(tuán)隊(duì)利用蛋白質(zhì)工程引入了 ADAR2DD（K475Q+E488Q）和ADAR2DD（K475I+S486A）兩種突變體，得到了 RtABE_V1 和 RtABE_V2 系統(tǒng)。RtABE 在全轉(zhuǎn)錄組范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了脫靶效應(yīng)的顯著降低，同時(shí)保持了在靶向位點(diǎn)處的高編輯效率。

高編輯效率

RtABE工作機(jī)制示意圖

相對(duì)于使用工程化 RNA 招募內(nèi)源 ADAR 的 RNA 編輯器，RtABE 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在更大的編輯范圍內(nèi)的高效編輯（例如，UAN，AAN，CAN和GAN）。此外，研究團(tuán)隊(duì)將 RtABE 包裝到單一的腺相關(guān)病毒（AAV）后遞送至 Hurler 綜合征（粘多糖病I型）模型小鼠中。經(jīng)檢測(cè)，RtABE 系統(tǒng)在 Hurler 綜合征模型小鼠體內(nèi)實(shí)現(xiàn)了長期、高效和精準(zhǔn)的 RNA A-to-I 堿基編輯，同時(shí)并未在 RtABE 處理過的小鼠的肝臟中檢測(cè)到顯著性的脫靶編輯。因此，RtABE 是一種精準(zhǔn)、高效的 RNA 堿基編輯系統(tǒng)，且具有廣泛的編輯范圍。

基于研究團(tuán)隊(duì)在疾病模型小鼠中的研究結(jié)果，RtABE 為遺傳性疾病以及其他人類嚴(yán)重疾病的潛在臨床治療應(yīng)用提供了新希望。

上海科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院基因編輯中心陳佳教授及復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院楊力研究員為該論文的共同通訊作者。上?？萍即髮W(xué)陳佳課題組博士研究生李光業(yè)、陳果，中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所博士研究生袁國華，復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院實(shí)驗(yàn)師韋佳為該論文共同第一作者。上海科技大學(xué)陳佳課題組聚焦于新型基因編輯技術(shù)的構(gòu)建與應(yīng)用。

相關(guān)閱讀：

2025年3月25日，上海科技大學(xué)陳佳團(tuán)隊(duì)在 Nature Biotechnology 期刊發(fā)表了題為：Leveraging base excision repair for efficient adenine base editing of mitochondrial DNA 的研究論文，帶來了線粒體基因編輯的“超能武器”。

該研究揭示了線粒體 DNA 腺嘌呤堿基編輯器 TALED 的工作機(jī)制，并進(jìn)一步開發(fā)出了一系列增強(qiáng)型工具——eTALED6，顯著提升了線粒體基因編輯的效率與精準(zhǔn)度，為線粒體疾病建模和治療提供了新工具。

線粒體 DNA 腺嘌呤堿基編輯器 TALED