CRISPR 编辑 RNA 再进化 调控转译后修饰反转致病蛋白

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张峰教授及其团队于 2017 年发明可编辑 RNA 的 CRISPR 系统——可编程的腺苷(adenosines, A)被肌苷(inosines, I)的RNA编辑方法(RNA Editing for Programmable A to I Replacement, REPAIR),此系统透过催化失去活性的 RNA 标靶 CRISPR-Cas13(dCas13)与 ADAR2 的腺嘌呤脱胺酶结构域(adenine deaminase domain)融合,可精准地编辑哺乳动物细胞单一个 RNA 核苷酸(nucleotide),即是将 RNA 上的 A 转化为与鸟粪嘌呤(guanine, G)结构类似的肌苷 I,进而反转致病性 RNA 突变,以及应用于其他疾病治疗和基础科学研究。

7 月 11 日,张锋教授团队改进 ADAR2,使它能够将胞嘧啶(cytosine, C)转化为尿嘧啶(uracil),也保留将 A 转化为 I 的功能,并且减少其脱靶效应。此新系统命名为特定 C 到 U 交换的 RNA 编辑(RNA Editing for Specific C to U Exchange, RESCUE),该研究结果刊登于《Science》。

RESCUE 能借由调控转译后修饰(post-translational modifications),如含磷酸化、糖基化和甲基化,调节许多蛋白质的活性和功能位,以显著扩展 CRISPR 可定位的范围。上述位点可充当蛋白质活性的开关,特别是在讯息传递分子和癌症相关调控路径。

与 DNA 编辑永久性改变相反,RNA 编辑是可逆的,可避免脱靶效应。因此,RESCUE 可望暂时在可能需要临时修改而不是永久修改的情况下使用 RESCUE。为了证明该论点,该研究团队透过 RESCUE 标靶编码 β-连环蛋白(β-catenin)的 RNA 中的特定位点,发现其蛋白质产物上被磷酸化,进而暂时诱导 β-catenin 活化和细胞生长增加,以帮助急性损伤的伤口愈合。

此外,该研究团队进一步编辑晚发性阿兹海默症的高风险致病基因 APOE4,将其 RNA序列的 C 转变为 U,使 APOE4 变成 APOE2 序列。理论上,未来可望降低阿兹海默症发生的风险,但仍需更多实验和临床试验验证。

最后且重要的一点就是,张锋团队表示,将透过非营利性质体知识库 Addgene 平台免费提供学术界使用 RESCUE 技术,以推动 RESCUE 于更多疾病治疗的应用,而更多资讯可以在张锋教授的实验室的网页上找到。

延伸阅读:CRISPR 又一新突破 反转 RNA 突变的 REPAIR 技术

参考资料:
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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