【重磅】张锋Science: 新一代CRISPR系统矫正人类RNA单碱基突变

日期: 2017年10月27日


    

导读:近日,CRISPR先驱张锋教授的团队Science发表了又一重磅论文——他们带来了一款全新CRISPR系统,能有效地对RNA中的腺嘌呤(A)进行单碱基编辑。这有望在不修改基因组的前提下,精准地矫正致病的遗传突变。下面,赛业小编为您推荐“【重磅】张锋Science: 新一代CRISPR系统矫正人类RNA单碱基突变”,详情如下:


今日,知名华人学者张锋教授的团队在顶尖学术期刊《科学》上在线发表了一篇重磅论文——他们带来了一款全新CRISPR系统,能有效地对RNA中的腺嘌呤(A)进行单碱基编辑。这有望在不修改基因组的前提下,精准地矫正致病的遗传突变。

  

张锋教授


在人类的疾病中,由鸟嘌呤(G)向腺嘌呤(A)的突变极为常见。类似的突变能在罹患局灶性癫痫(focal epilepsy)、杜氏肌营养不良、或是帕金森病的患者体内找到。因此,如果能逆转这一常见突变,把A矫正回G,就有望从根源上治疗这些疾病。


有趣的是,一步简单的反应就有望完成这个矫正的过程——腺嘌呤在脱氨后,会变成一种叫做肌苷的分子,而它与鸟嘌呤的结构非常接近,细胞甚至无法对这两者进行区分。换句话说,只要能让关键的腺嘌呤脱氨,就能完成从A到G的矫正,从而为患者带来治疗的希望。

  

一步简单反应,就能将腺嘌呤转为与鸟嘌呤类似的肌苷
▲一步简单反应,就能将腺嘌呤转为与鸟嘌呤类似的肌苷(图片来源:《科学》)


为了达成这个目标,张锋教授团队在CRISPR-Cas13的家族中开始寻找潜在的工具。与常见的Cas9不同,Cas13蛋白只靶向RNA,不会影响到基因组的遗传信息,从而进一步增加了基因编辑的安全性。在一番搜寻后,他们发现来自普雷沃菌(Prevotella bacteria)的Cas13b蛋白靶向RNA的活性最佳。随后,研究人员做了几个小改动,让Cas13b蛋白失去了“剪切”的能力,并把它和一种叫做ADAR2的酶融合到了一款。在人体中,ADAR2能够把RNA上的腺嘌呤转变为肌苷。

  

这套系统能把RNA上的腺嘌呤(A)转变为肌苷(I)
▲这套系统能把RNA上的腺嘌呤(A)转变为肌苷(I)(图片来源:MIT官方网站)


“这套系统不必惊扰基因组,就能修复突变。因为RNA会降解,这是一种可逆的修复。”该研究的共同第一作者、研究生David Cox说道。


按照研究人员的设想,CRISPR-Cas13b系统能把ADAR2送到RNA上的某个特异位点,把腺嘌呤转化为肌苷。在细胞看来,肌苷与鸟嘌呤别无二致,因此就能按鸟嘌呤处理,合成具有正常生理功能的蛋白质。这套系统被命名为“可编程的腺嘌呤到肌苷RNA编辑”(RNA Editing for Programmable A to I Replacement),缩写为REPAIR。

  

这套系统能有效矫正34种不同的疾病相关变异
▲这套系统能有效矫正34种不同的疾病相关变异(图片来源:《科学》)


为了检验这一系统的治疗潜力,该团队在人类细胞中引入了能导致范可尼贫血症(Fanconi anemia)和X连锁肾源性尿崩症(X-linked nephrogenic diabetes insipidus)的致病突变,并检测其能否对其进行有效的修复。结果表明,在RNA的水平上,这些突变可以被有效矫正,这也从概念上支持了这套系统的可行性。


在开发出REPAIR后,张锋教授的团队进一步提高了它的特异性。在一系列的修饰后,这套系统的特异性大大提高,把全转录组中的可检测脱靶编辑数从18385锐减到20!在测试中,这款被称为REPAIRv2的系统编辑RNA的效率最高可达51%。

  

REPAIRv2能进一步减少脱靶效应
▲REPAIRv2能进一步减少脱靶效应(图片来源:《科学》)


对此,该论文的另一名共同第一作者、博士生Omar Abudayyeh对这个结果感到振奋。他说,“这清楚地表明REPAIRv2能进一步演化。在保留特异性的同时,活性得到进一步提高。”


站在这一良好的起点上,研究人员们计划开发与之配套的递送系统,并在动物组织中继续验证REPAIRv2在体内的RNA编辑活性。此外,他们也将寻找全新的工具,用于其他类型的核苷酸转化。“我们一直期待驾驭自然的力量,用于这些转化。”该研究的另一名共同第一作者、博士生Jonathan Gootenberg评论说。

  

CRISPR先驱张锋


“矫正致病突变是基因组编辑的主要目标之一,”张锋教授评论道“目前为止,我们在让基因失活方面做得很成功,但要让已经失去的蛋白功能得到恢复,是更具挑战的一件事。编辑RNA的新能力带来了更多机遇,让我们能够恢复蛋白质的功能,治疗许多疾病。这几乎能用于所有的细胞。”


论文发表后,张锋教授宣布,该工具将免费向学术界发放。我们祝贺这名华人学者再创佳绩,也为他无私推进科学发展的精神点赞!


参考资料:


[1] RNA editing with CRISPR-Cas13


[2] Researchers engineer CRISPR to edit single RNA letters in human cells


来源:互联网——由赛业生物科技有限公司转载发布

  

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