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又一重击!Nature指出CRISPR碱基编辑器会诱导大范围脱靶效应

日期: 2019年04月18日


    

麻省总医院(MGH)的一个研究小组报告说,近年来开发的几种CRISPR碱基编辑器(靶向单个DNA碱基)会导致靶标DNA以外,RNA的大范围脱靶效应。同时这一研究小组也研发了一种工程化新碱基编辑器,能显著降低RNA编辑的发生率,提高靶标DNA编辑的精确度。

 

这一研究成果公布在4月17日的Nature杂志上。

 

“大多数关于脱靶基因编辑的调查都集中在DNA上,但我们发现这种技术也可以诱导大量的RNA改变,”文章通讯作者,MGH病理学系J. Keith Joung博士说,“这一令人惊讶的发现表明,当分析基因编辑在细胞中的意外脱靶效应时,不仅要考虑遗传改变,在这篇文章中,我们通过构建选择性减少脱靶RNA编辑的突变,来减少脱靶效应,同时保留预期的靶向DNA活性。”

 

与CRISPR-Cas基因编辑核酸酶(诱导靶向双链DNA断裂,进行遗传改变)相反,CRISPR碱基编辑器能够改变DNA链中单个核苷酸,且不会诱导断裂。Joung解释说,可以将CRISPR-Cas核酸酶比作分子剪刀,而碱基编辑则可以比作一支铅笔。

 

融合蛋白利用经修饰的CRISPR-Cas指导靶标位点,碱基编辑则采用称为脱氨酶的酶来修饰特定的核苷酸,诱导特定DNA发生变化,例如,将胞嘧啶变为胸腺嘧啶。

 

虽然大多数研究人员都专注于碱基编辑器的DNA编辑活性,但最常用的胞嘧啶-胸腺嘧啶编辑器中的脱氨酶最初是因其修饰RNA的能力而被鉴定的。因此MGH的研究人员开始调查它是否可能诱导脱靶RNA效应。

 

结果表明,肝脏和胚胎肾细胞系中的实验证明虽然他们测试的常用编辑器在靶标DNA位点诱导了有效编辑,但也导致整个转录组中数万个胞嘧啶-尿嘧啶发生编辑。而且当研究人员测试一种较新的腺嘌呤靶向碱基编辑时,他们也发现了类似的结果。

 

为了减少这种可能性,MGH的研究人员筛选了16个改良后的编辑器,发现了两种与原始版本同样具有有效诱导靶向DNA效应,又能显著减少RNA编辑的编辑器。实际上,这些SECURE(SElective Curbing of Unwanted RNA Editing)甚至比未改变的脱氨酶更精确地诱导所需的DNA编辑。

 

文章作者,Julian Grünewald说,“我们也很高兴看到我们可以通过SECURE碱基编辑器变体大幅减少那些不必要的RNA编辑。”

 

Joung表示,下一步他们将会调查这些RNA效应对CRISPR碱基编辑在实验研究和临床应用的潜在影响。

 

“我们发现,在一种人类细胞系中应用胞嘧啶碱基编辑器,会对细胞活力产生影响,而SECURE则不会。”

 

“我们目前正在尝试设计SECURE腺嘌呤碱基编辑器,我们的目标是生成一套碱基编辑器,最小化RNA编辑,可用于研究和治疗应用。”

 

编码SECURE碱基编辑器的质粒可以查看http://www.addgene.org/crispr-cas.

 

转载标题:又一重击!Nature指出CRISPR碱基编辑器会诱导大范围脱靶效应

 

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