CRISPR 編輯 RNA 再進化 調控轉譯後修飾反轉致病蛋白

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張峰教授及其團隊於 2017 年發明可編輯 RNA 的 CRISPR 系統——可編程的腺苷(adenosines, A)被肌苷(inosines, I)的RNA編輯方法(RNA Editing for Programmable A to I Replacement, REPAIR),此系統透過催化失去活性的 RNA 標靶 CRISPR-Cas13(dCas13)與 ADAR2 的腺嘌呤脫胺酶結構域(adenine deaminase domain)融合,可精準地編輯哺乳動物細胞單一個 RNA 核苷酸(nucleotide),即是將 RNA 上的 A 轉化為與鳥糞嘌呤(guanine, G)結構類似的肌苷 I,進而反轉致病性 RNA 突變,以及應用於其他疾病治療和基礎科學研究。

7 月 11 日,張鋒教授團隊改進 ADAR2,使它能夠將胞嘧啶(cytosine, C)轉化為尿嘧啶(uracil),也保留將 A 轉化為 I 的功能,並且減少其脫靶效應。此新系統命名為特定 C 到 U 交換的 RNA 編輯(RNA Editing for Specific C to U Exchange, RESCUE),該研究結果刊登於《Science》。

RESCUE 能藉由調控轉譯後修飾(post-translational modifications),如含磷酸化、醣基化和甲基化,調節許多蛋白質的活性和功能位,以顯著擴展 CRISPR 可定位的範圍。上述位點可充當蛋白質活性的開關,特別是在訊息傳遞分子和癌症相關調控路徑。

與 DNA 編輯永久性改變相反,RNA 編輯是可逆的,可避免脫靶效應。因此,RESCUE 可望暫時在可能需要臨時修改而不是永久修改的情況下使用 RESCUE。為了證明該論點,該研究團隊透過 RESCUE 標靶編碼 β-連環蛋白(β-catenin)的 RNA 中的特定位點,發現其蛋白質產物上被磷酸化,進而暫時誘導 β-catenin 活化和細胞生長增加,以幫助急性損傷的傷口癒合。

此外,該研究團隊進一步編輯晚發性阿茲海默症的高風險致病基因 APOE4,將其 RNA序列的 C 轉變為 U,使 APOE4 變成 APOE2 序列。理論上,未來可望降低阿茲海默症發生的風險,但仍需更多實驗和臨床試驗驗證。

最後且重要的一點就是,張鋒團隊表示,將透過非營利性質體知識庫 Addgene 平台免費提供學術界使用 RESCUE 技術,以推動 RESCUE 於更多疾病治療的應用,而更多資訊可以在張鋒教授的實驗室的網頁上找到。

延伸閱讀:CRISPR 又一新突破 反轉 RNA 突變的 REPAIR 技術

參考資料:
1. Science, 201 Jul 2019:eaax7063. DOI:10.1126/science.aax7063
2. https://phys.org/news/2019-07-crispr-platform-rna-capabilities.html

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