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Science:张锋团队发布新型RNA单碱基编辑系统,实现RNA编辑新突破

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CRISPR基因编辑技术的出现极大地提高了我们研究疾病相关基因突变的能力。随着技术的发展,CRISPR技术已经开发出越来越多的工具和方法来为操纵基因及其表达提供不同的解决方案,包括靶向DNA的通用酶,例如Case9和Case12,以及RNA的靶向。等待。与DNA基因编辑相比,靶向靶向RNA中的突变可以避免基因组的永久性变化。因此,RNA编辑逐渐成为遗传编辑和疾病研究领域的“新宠”。

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2017年10月,张峰教授在Broad Institute的研究团队使用Case13开发了精确的RNA单碱基编辑系统REPAIR,它可以从A转换为I.7月26日,国际顶级学术期刊 Science发表了张锋教授研究团队的RNA编辑最新研究进展。该研究团队在REPAIR的基础上,开发了新的RNA单碱基编辑方法RESCUE(RNA Editing for Specific C to U Exchange),该方法可在保留A to I转化能力的同时,实现特定的C to U转化,显着扩大了CRISPR技术的靶向范围。

RNA单碱基编辑技术的优化

据报道,RESCUE基于REPAIR平台。 REPAIR平台利用靶向RNA的CRISPR/Cas13技术将RNA编辑器ADAR2的活性区域直接导向特定的RNA位点,将A转换为I.通过对REPAIR技术进行优化,研究团队利用灭活的Case13来指导RESCUE靶向RNA中的C。同时,他们利用新的、改良的ADAR2将特定的C转化为U,进而改变RNA的编码信息。重要的是,在实现这一目标的同时,RESCUE保留了A到I的转换能力。

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图:RESCUE编辑系统

研究小组表示,RESCUE可以针对任何目标RNA,然后使用修改后的ADAR2进行C到U编辑。通过人体细胞实验,研究发现RESCUE可以靶向细胞中的天然RNA以及24个与临床相关的合成RNA突变。,研究人员进一步优化了RESCUE,以减少脱靶效应,同时最大限度地减少目标破坏。

张峰教授说:“为了研究导致疾病的遗传变化的多样性,我们需要从一系列精确的基因编辑技术中进行选择。通过开发新酶并将其与CRISPR Combine的可编程性和准确性进行比较来填充基因编辑技术的关键差距。“

扩展RNA编辑靶点

RNA编辑的一个主要优点是其可逆性。如果需要,可以临时修改RESCUE。为证明这一点,研究小组在人体细胞中进行了实验并发现了RESCUE可以靶向编码β-连环蛋白的特定RNA位点。这些特定RNA位点的产物在蛋白质上磷酸化,导致β-连环蛋白激活和细胞生长的短暂增加。如果这种变化是永久性的,细胞可能会发展出不受控制的生长,甚至会导致癌症。然而,如果使用RESCUE进行临时改变,瞬时细胞生长可以帮助刺激伤口愈合以应对急性损伤。

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图:A:β-连环蛋白结构域和RESCUE靶向的示意图; B:RESCUE编辑的β-连环蛋白激活和细胞生长的示意图。

此外,研究人员还用RESCUE研究了致病基因突变APOE4。 APOE4长期以来被认为是迟发性阿尔茨海默病的遗传风险变异,而APOE4的相同类型的变体APOE2是非风险变体,只有一个位点不同(APOE4中的C和APOE2中的U)。研究团队APOE4的RNA引入细胞,发现RESCUE可以将其特征C转换为APOE2的U,从而将风险变异转化为非风险变异。

RESCUE显着扩大了CRISPR编辑技术可以靶向的研究范围,意味着许多通过翻译后修饰调节蛋白质活性和功能的位点可以更容易地进行编辑,例如磷酸化、糖基化和甲基化。这些网站中的一些作为蛋白质活性的开关,在信号分子途径和癌症相关途径中发现。此外,为了促进RESCUE的推广和应用,研究人员可以更好地了解致病基因突变,张峰教授的研究团队计划分享RESCUE技术。

结 语

新兴的RNA编辑方法为疾病治疗研究带来了更多选择。 7月25日,张峰教授和合作伙伴Allergan创建的CRISPR基因组编辑张医生宣布推出CRISPR治疗AGN-(EDIT-101)的I/II期临床试验。据报道,该研究将招募18名Leber先天性阿马尔10名患者进行单眼治疗。预计第一名患者将在今年下半年接受治疗。该临床试验将是世界上第一个基于CRISPR的遗传性失明患者的体内研究。

希望随着技术的进步,在许多科学家的努力下,CRISPR技术可以被设计为精确的非抵消效应基因编辑技术,为生命科学领域的研究带来更多的可能性。

1A胞嘧啶脱氨酶用于可编程单碱基RNA编辑

2.新的CRISPR平台扩展了RNA编辑功能

3.研究人员首次开展人类体内CRISPR治疗研究