美国基因编辑先驱张锋发表新工具：编辑RNA治疗多种顽疾

• 来源：智网新闻
• 2017-10-26

 

        作为首位将基因编辑系统CRISPR用于哺乳动物细胞的开拓者，美国博德研究所华人科学家张锋近来对RNA编辑产生了兴趣，一月内连发两篇相关论文在顶级学术期刊。

 

       美国东部时间10月25日，国际学术期刊《科学》发表了张锋团队一篇介绍CRISPR新系统“REPAIR”的文章。“REPAIR”的基本元件是一种取名为PspCas13b的酶和ADAR2蛋白。“REPAIR”可高效地修复RNA的单个核苷，因不会改变DNA信息而更为安全，将为基础研究和临床治疗提供一个新的工具。 

 

       Cas13酶家族最近受张锋团队青睐。10月4日，在发表于《自然》期刊的论文上，张锋团队证实了另一种酶Cas13a能够在哺乳动物细胞中特异性地下调内源性RNA和报告RNA的水平。

 

       “基因编辑的首要目标是矫正导致疾病的突变。现在，我们已经很擅长让基因失活，但要修复已丢失的蛋白质功能则更具挑战得多。编辑RNA这一新技能打开了更多的可能，几乎可以在所有细胞中修复蛋白质功能，有助于多种疾病治疗。”张锋表示。

 

       和此前CRISPR系统用于编辑DNA不同，张锋团队在普雷沃氏细菌（Prevotella）中找到了PspCas13b酶。这是Cas13酶家族中能使RNA失去活性的“佼佼者”，是潜在的RNA“剪刀”。

 

       但张锋团队赋予PspCas13b的“使命”不是去让RNA失活，相反的，他们设计了PspCas13b的“变体”。这个“变体”失去了“剪刀”的功能，但会牢牢地结合在特定的RNA片段上。同时，PspCas13b“变体”的搭档——ADAR2蛋白会将该片段上的腺嘌呤核苷（A）替换成次黄嘌呤核苷（I）。

 

       为何要做此替换？原来，鸟嘌呤核苷（G）突变为腺嘌呤核苷（A）时有发生，而这被认为和杜氏肌营养不良症、帕金森病等疾病密切相关。 

 

       人类的很多疾病信息都编码在DNA这个“生命脚本”上。基因编辑技术的出现使得科学家有了修改DNA的可能，给治愈疾病带来希望。但由于基因承载着生命最根源的信息，对DNA进行编辑有着安全和伦理上的顾虑。

 

       RNA编辑有所不同。RNA是以DNA单链为模板的遗传信息载体。DNA发出 “错误指令”，经RNA转录，翻译给蛋白质并执行功能，才有疾病的表现。若中途拦截，矫正RNA上的错误信息，让蛋白质接收到正确的信息，可起到治疗效果。

 

DNA与RNA之间的关系。

 

       安全和灵活是“REPAIR”的优势。“REPAIR无需篡改基因组就可以修复突变。而且RNA会自动降解，对它的修改或是可逆的。”张锋实验室学生、该论文的共同第一作者David Cox表示。 

 

       为了让“REPAIR”更加成熟，张锋团队对其进行了优化，设计出“REPAIR2”版本，将在转录组中可检测到的脱靶次数从1.8万次降至20次。据介绍，“REPAIR2”对目标RNA的编辑效率为20%-40%，最高达到51%。

 

       为验证“REPAIR”系统在疾病治疗上的潜力，张锋团队人工合成了会造成范科尼贫血和X连锁性肾源性尿崩症的突变，并将这些突变引至人体细胞中，最后成功通过“REPAIR”在RNA层次上修复了致病突变。

 

       接下来，张锋团队表示将继续从自然界寻找线索，设计其他附件，适用于更多类型的核苷酸修复。

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