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研究人员设计CRISPR编辑人类细胞中的单个RNA字母

2019-05-20 08:49:21 • 来源：

Broad研究所和麻省理工学院的科学家们首次利用CRISPR进行哺乳动物基因组编辑，设计了一种新的分子系统，用于有效编辑人体细胞中的RNA。RNA编辑可以在不改变基因组的情况下改变基因产物，具有作为研究和疾病治疗工具的巨大潜力。

研究人员设计CRISPR编辑人类细胞中的单个RNA字母

在今天发表在“科学”杂志上的一篇论文中，资深作者冯章和他的团队描述了新的基于CRISPR的系统，称为可编程A的RNA编辑，以及“更换”。该系统可以以可编程和精确的方式改变哺乳动物细胞中的单个RNA核苷。REPAIR能够逆转RNA水平的致病突变，以及其他潜在的治疗和基础科学应用。

“纠正引起疾病的突变的能力是基因组编辑的主要目标之一，”麻省理工学院麦戈文脑研究所的研究所核心研究所成员张说。“到目前为止，我们已经非常擅长灭活基因，但实际上恢复丢失的蛋白质功能更具挑战性。这种编辑RNA的新能力开辟了更多潜在的机会来恢复这种功能并治疗许多疾病，几乎任何类型的细胞。”

REPAIR能够靶向单个RNA字母或核苷，将腺苷转换为肌苷(由细胞读作鸟苷)。这些字母涉及已知定期引起人类疾病的单碱基变化。在人类疾病中，从G到A的突变极为常见;这些改变与例如局灶性癫痫，杜氏肌营养不良症和帕金森氏病的病例有关。REPAIR能够逆转任何致病性G-to-A突变的影响，无论其周围的核苷酸序列如何，都有可能在任何细胞类型中起作用。

与DNA编辑所需的基因组永久性变化不同，RNA编辑提供了一种更安全，更灵活的方法来对细胞进行校正。“REPAIR可以在不篡改基因组的情况下修复突变，并且由于RNA自然降解，它可能是一种可逆的修复，”张的实验室研究生兼首席作者David Cox解释道。

为了创建REPAIR，研究人员系统地将CRISPR-Cas13酶家族分析为潜在的“编辑”候选者(与Cas9不同，Cas13蛋白靶向并切割RNA)。他们从Prevotella细菌中选择了一种名为PspCas13b的酶，这种酶在灭活RNA方面效果最好。该团队设计了PspCas13b的失活变体，该变体仍与特定的RNA片段结合，但缺乏其“剪刀样”活性，并将其与称为ADAR2的蛋白质融合，后者将核苷腺苷转变为RNA转录物中的肌苷。

在REPAIR中，失活的Cas13b酶寻找RNA的靶序列，并且ADAR2元件在不切割转录物或依赖于任何细胞的天然机器的情况下进行核苷转化。

该团队进一步修改了编辑系统以提高其特异性，在整个转录组中将可检测的脱靶编辑从18,385减少到仅20。升级后的化身REPAIRv2始终在目标RNA的20%至40%和高达51%的条件下实现了所需的编辑，没有显着的脱靶活动迹象。“我们设计这个系统的成功是令人鼓舞的，并且有明显的迹象，REPAIRv2可以进一步发展，以保持更强大的活动，同时仍然保持特异性，”Omar Abudayyeh说，他是张的实验室的共同第一作者和研究生。

为了证明REPAIR的治疗潜力，该团队合成了引起Fanconi贫血和X连锁肾性尿崩症的致病突变，将它们引入人体细胞，并成功地在RNA水平上纠正了这些突变。为了进一步推动治疗前景，该团队计划提高REPAIRv2的效率，并将其打包成适合将REPAIRv2引入动物模型特定组织的传递系统。

研究人员还在研究其他类型核苷转换的其他工具。“这些酶具有巨大的天然多样性，”共同作者Jonathan Gootenberg说道，他是张氏实验室和Broad核心研究所成员Aviv Regev实验室的研究生。“我们一直在寻求利用大自然的力量来实现这些变革。”

张和Broad研究所以及麻省理工学院计划广泛分享REPAIR系统。与早期的CRISPR工具一样，这些小组将通过质粒共享网站Addgene上的张实验室页面免费提供这项技术用于学术研究，张实验室已通过2,200多个实验室的研究人员共享试剂超过42,000次。在61个国家，加速了世界各地的研究。

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