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张峰研究组改进的新一代单碱基基因编辑,会更加安全吗?

         2019年7月11日,基因编辑开拓者张锋和小组于Science 在线刊登题目为“A cytosine deaminase for programmable single-base RNA editing”的研究论文,阐述了依据CRISPR系统研发出的一种新型RNA单碱基基因编辑工具(RESCUE)。该研究是利用定向蛋白演进把ADAR2转换为胞苷脱氨酶,改良之后的ADAR2可以把胞嘧啶C转换为尿嘧啶U,称之为特定C到U交换的RNA编辑。

         2017年10月25日,张峰团队的CRISPR全新系统“REPAIR”,一种RNA单碱基编辑器于国际学术期刊《Sience》之上发布。“REPAIR”的基本上元件是一种命名为PspCas13b的酶及ADAR2蛋白。和常见的Cas9不同,Cas13蛋白仅靶向RNA,促使“REPAIR”可高效地修复RNA的单个核苷,不会改变DNA数据因而更加安全,将为基础研究与临床治疗提供一个全新的工具。

         2017版的“REPAIR”是将RNA靶向CRISPR-Cas13(dCas13)和ADAR2的腺嘌呤脱氨酶结构域结合,然后借助dCas13将RNA编辑器的活性结构域ADAR2驱使至特定的RNA转录物,特异性地将RNA上的腺嘌呤A转换为跟鸟嘌呤G结构相似的肌苷I。在人类的疾病之中,由鸟嘌呤(G)向腺嘌呤(A)的突变十分常见。相似的突变能于罹患局灶性癫痫(focal epilepsy)、杜氏肌营养不良、或帕金森病的病患体内找到。因而,若能逆转这一常见突变,把A矫正回G,便有望在根源上治疗这些疾病。当时的结论从概念上支持了这套系统的可行性。

简单反应,A to G(I)

        这一次,在“REPAIR”的基础之上,张锋团队改进了RNA编辑器的活性结构域ADAR2,使其能执行C-to-U的单碱基编辑。与此同时,它原来将A转化为I的特性依旧得到了保留。这次RESCUE系统对于编码APOE4的RNA展开了编辑。APOE4和阿尔茨海默病有关,是疾病的风险因子。有意思的是,另一种与它非常接近的蛋白APOE2反而相对比较无害,而两者只有非常微小的差别。通过RESCUE系统,他们成功地将APOE4 RNA分子当中的2个字母从C变成了U,把风险因子转变成了无害蛋白!之后,研究人员们更进一步对其进行了优化,降低其脱靶现象。

新型RNA编辑原理

        人类的很多病症信息都编码在DNA这个“生命脚本”之上。基因编辑技术的出现使科学家有了修改DNA的可能,给治愈疾病带来希望。但是由于基因承载着生命最为根源的信息,针对DNA进行编辑具有安全和道德上的顾虑,RNA编辑亦提供了另一种可避免对基因组进行永久性改变的选择。Zhang和Liu都强调,基础编辑治疗进入临床试验之前或许需要几年时间,还需清楚该方法是否具有优于现有基因治疗的优势。

        更多的科学家在单碱基基因编辑之上始终有研究,并且找到问题,找寻改进的方案,促进 CRISPR技术的更进一步完善。 此次升级改进的“REPAIR”于脱靶问题方面会不会有所革新,我们拭目以待!

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