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CRISPR 又一新突破 反轉 RNA 突變的 REPAIR 技術

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哈佛大學布洛德研究所(Broad Institute)及麻省理工學院(MIT)科學家於近日開發出一款能透過 CRISPR 編輯人類細胞中的 RNA,且不會改變基因體的新技術。這項技術對於未來研究及疾病治療將有極大的幫助。研究團隊指出,基因編輯首要目標是提升致病性突變的修復能力,雖然他們有很好的基因編輯能力,但卻常使其蛋白質失去原本的作用,而這個新穎的 RNA 編輯技術提供他們更好的機會,在所有種類的細胞中恢復蛋白質的作用,進而治療更多疾病。

這篇研究刊登於科學期刊(Science),主要作者張峰(Feng Zhang)教授及其團隊將這個新穎的CRISPR系統稱為「可編程的A被I取代的RNA編輯方法(RNA Editing for Programmable A to I Replacement,簡稱REPAIR)」,此系統可精準地編輯哺乳動物細胞單一個 RNA 核苷酸(nucleotide),也能反轉致病性(disease-causing)RNA突變 以及應用於其他疾病治療和基礎科學研究。

REPAIR 能標靶個體的 RNA 代碼(letters)或核苷酸,將腺苷(adenosines,A)轉換成肌苷(inosines,I),此時細胞會把它錯認為鳥苷(guanosines,G)。當這些代碼有一個鹼基改變,就可能使人生病。而最常見的突變為 G 變成 A,其中包含局部癲癇(focal epilepsy)、杜氏肌肉萎縮症(Duchenne muscular dystrophy)、巴金森氏症(Parkinson’s disease)都有突變的情形。然而,REPAIR能反轉任何細胞類型中致病性 G 變成 A 突變的情形。

該研究另一個作者 David Cox 指出,DNA 編輯會帶來永久性基因體改變,但 RNA 編輯卻提供一個更安全且更彈性的方法來修正細胞的表現。因為RNA 會自然降解(degrades),因此 REPAIR 在修復突變點時,提供一個自然修復的方式,並不會影響整個基因體表現。

REPAIR 是使用一種名為 CRISPR-Cas13 的酵素進行 RNA 編輯,與常見的 Cas9 不同,Cas13 只會標靶 RNA。他們選擇普雷沃氏菌(Prevotella bacteria),因為 Cas13b 在其中有最佳的活性。隨後,研究團隊讓 Cas13b 喪失「剪切(scissor-like)」的活性,並將它和 ADAR2 蛋白相互融合,進而在人體中,將 RNA 上的腺苷轉變為肌苷

為了證實 REPAIR 用於疾病治療可行性,研究團隊人工合成范康尼氏貧血(Fanconi anemia)及 X 染色體腎性尿崩症(X-linked nephrogenic diabetes insipidus)致病性突變,然後植入人類細胞中,最後利用 REPAIR 修復這些RNA突變。除此之外,研究團隊更提升了 REPAIR 的專一性,使全轉錄體中的可檢測脫靶編輯數目從 18385 大幅降低到 20,而且 REPAIRv2 系統編輯 RNA 的效率最高可達 51%

最後,而且也是最重要的一點,就是張鋒與布洛德研究所(Broad Institute)及麻省理工學院(MIT)共同宣布,將免費提供學術界使用REPAIR技術,勢必引起廣大的迴響。

延伸閱讀:呼風喚雨的「CRISPR / Cas9」系統

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參考文獻:
http://news.mit.edu/2017/researchers-engineer-crispr-edit-single-rna-letters-human-cells-1015 

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