Science：CRISPR先驱张锋又一突破，新技术扩展了RNA编辑功能

基于CRISPR技术的基因编辑工具自问世以来，彻底改变了人类对基因进行编辑和调控的方式。CRISPR技术包括一系列可以操纵基因及其表达的工具，如靶向DNA的Cas9和Cas12酶，以及靶向RNA的Cas13酶等等。

任何时候，对于人体DNA的改变都应谨慎对待，尤其是可遗传的改变。相比而言，特定的RNA在体内存在的时间较短，因此靶向与疾病相关的RNA突变是一个更安全的选择，可避免对基因组进行永久性改变及因此可能带来的潜在风险。

近日，华人科学家张锋及其团队开发出一种名为RESCUE 的全新CRISPR基因编辑技术，可以实现之前无法做到的RNA单碱基编辑。该成果于7月11日发表在Science上 [1]。

图片来源：Science

CRISPR 工具包新成员

RESCUE (RNAEditing for Specific C to U Exchange），即用于胞嘧啶（C）向尿嘧啶（U）特异性变化的RNA编辑系统，是由张锋教授团队先前开发的REPAIR技术改进而来[2]。

REPAIR是基于靶向RNA的CRISPR/Cas13系统开发的，能利用一种叫做ADAR2的酶，特异性地将RNA上的腺嘌呤（A）转化为肌苷（I）。在细胞看来，I与鸟嘌呤（G）没有区别，因此就能按G处理，合成具有正常生理功能的蛋白质。这一逆转有助于从根源上治疗一些由G向A突变引发的疾病。

在此基础上，张锋教授团队通过进化ADAR2酶，使其拥有了全新的功能，即借助失活的 Cas13 引导，将RNA 中的C转化为U，与此同时，它原先将A转化为I的功能也得到了保留。RESCUE使RNA编辑可靶向的致病性突变数量加倍。

图片来源：Science

张锋教授说：“为了治疗导致疾病的多种不同遗传变异，我们需要一系列精准技术以供选择。通过开发这种全新的酶，并将其与CRISPR系统的可编程性与精准性进行整合，我们能填补工具箱中的一个巨大空缺。”

ADAR2酶定向进化方法示意图。图片来源：Science

RESCUE的潜力

RESCUE大大扩展了CRISPR工具能够靶向的范围，包括许多蛋白质活性和功能的位点（如磷酸化、糖基化和甲基化）。这些位点充当蛋白活性开启/关闭的开关，主要存在于信号分子和癌症相关通路中。

为了测试RESCUE的潜力，研究团队进一步在人类细胞中对多个关键RNA进行了编辑。

RNA编辑的一个主要优势是它的可逆性，而DNA水平的变化是永久性的。因此，在可能需要临时而非永久性修改的情况下，RESCUE可以发挥其独特优势。

为了证明这一点，研究团队在人类细胞中使用RESCUE靶向编码β-catenin的RNA特定位点（已知其在蛋白质产物上被磷酸化），短期激活该蛋白并促进细胞生长。

如果这种改变是永久性的，就会导致细胞不受控的生长，甚至是癌症。但使用RESCUE系统编辑RNA，细胞的短期生长则可以被用来促进伤口愈合，以应对急性损伤。

利用RESCUE系统编辑RNA以短期激活β-catenin蛋白，促进细胞生长。图片来源：Science

此外，一些细胞类型，如神经元，很难通过CRISPR/CAS9进行编辑，因此需要新的策略来治疗影响大脑的破坏性疾病。

这里，研究人员瞄准了一种晚发性阿尔茨海默病的遗传危险因素APOE4。APOE2与APOE4之间只有微小的差异，但前者却不是危险因素。研究人员通过RESCUE技术将风险相关的 APOE4 RNA 中的C转化为U，从而将其转化为非危险因素APOE2。

总的来说，RESCUE是一个可编程的基础编辑工具，能够精确地将C转换为U，它为RNA靶向工具包增添了新的基础编辑功能，也为扩展遗传疾病的建模和潜在疗法铺平了道路。

小结

领域：基因编辑

杂志：Science

亮点：

1）张锋教授团队报告了一种全新的、高度特异性的 RNA 单碱基编辑系统 RESCUE，它可通过进化后的 ADAR2 酶在 RNA 中精确地进行 C 至 U 的转换。

2）RESCUE 大大扩展了可靶向疾病突变和蛋白质修饰的范围，同时，也为扩展遗传疾病的建模和潜在疗法铺平了道路。

相关论文：

[1] Omar O.A., et al. A cytosine deaminase for programmable single-base RNA editing. Science (2019).

[2] Cox D.B.T. , et al. RNA editing with CRISPR-Cas13. Science (2017).

参考资料：

1#  New CRISPR platform expands RNA editing capabilities