CRISPR基因編輯技術(shù)的出現(xiàn)極大提高了我們研究疾病相關(guān)基因突變的能力。隨著技術(shù)的發(fā)展完善，CRISPR技術(shù)發(fā)展出了越來越多的工具和方法，為操縱基因及其表達(dá)提供了不同的解決策略，包括靶向DNA的通用酶Case9和Case12，靶向RNA的Case13等。與DNA基因編輯相比，靶向RNA中的疾病相關(guān)突變可以避免對(duì)基因組進(jìn)行永久性改變。因此，RNA編輯逐漸成為基因編輯和疾病研究領(lǐng)域的“新寵”。

2017年10月，Broad研究所張鋒教授研究團(tuán)隊(duì)利用Case13開發(fā)出一種精確的RNA單堿基編輯系統(tǒng)REPAIR，該方法可實(shí)現(xiàn)從A到I的轉(zhuǎn)換。7月26日，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊 Science發(fā)表了張鋒教授研究團(tuán)隊(duì)的RNA編輯最新研究進(jìn)展。該研究團(tuán)隊(duì)在REPAIR的基礎(chǔ)上，開發(fā)了新的RNA單堿基編輯方法RESCUE（RNA Editing for Specific C to U Exchange），該方法可在保留A to I轉(zhuǎn)化能力的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)特定的C to U轉(zhuǎn)化，顯著擴(kuò)展了CRISPR技術(shù)的靶向范圍。

據(jù)悉，RESCUE建立在REPAIR平臺(tái)的基礎(chǔ)之上。REPAIR平臺(tái)利用靶向RNA的CRISPR / Cas13技術(shù)，可以將RNA編輯器ADAR2的活性區(qū)域直接導(dǎo)向特定的RNA位點(diǎn)，將A轉(zhuǎn)化為I。通過對(duì)REPAIR技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，研究團(tuán)隊(duì)利用滅活的Case13來指導(dǎo)RESCUE靶向RNA中的C。同時(shí)，他們利用新的、改良的ADAR2將特定的C轉(zhuǎn)化為U，進(jìn)而改變RNA的編碼信息。重要的是，在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的同時(shí)，RESCUE保留了 A to I的轉(zhuǎn)化能力。

圖：RESCUE編輯系統(tǒng)

研究團(tuán)隊(duì)表示，RESCUE可以靶向任何目標(biāo)RNA，然后通過改良的ADAR2進(jìn)行C to U編輯。通過人類細(xì)胞試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)RESCUE可以靶向細(xì)胞中的天然RNA以及24個(gè)與臨床相關(guān)的合成RNA突變。隨后，研究人員又進(jìn)一步優(yōu)化了RESCUE以減少脫靶效應(yīng)，同時(shí)最低程度地破壞靶標(biāo)。

張鋒教授表示：“為了研究導(dǎo)致疾病的遺傳變化的多樣性，我們需要從一系列精確的基因編輯技術(shù)中進(jìn)行選擇。通過開發(fā)新的酶，并將其與CRISPR的可編程性和精確性相結(jié)合，能夠填補(bǔ)基因編輯技術(shù)中的關(guān)鍵空白?！?/p>

RNA編輯的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是其可逆性。RESCUE可以在需要的情況下進(jìn)行暫時(shí)修改。為了證明這一點(diǎn)，該研究團(tuán)隊(duì)在人類細(xì)胞中進(jìn)行了試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)RESCUE可以靶向編碼β-連環(huán)蛋白的特定RNA位點(diǎn)。這些特定RNA位點(diǎn)的產(chǎn)物在蛋白質(zhì)上被磷酸化，可導(dǎo)致β-連環(huán)蛋白激活和細(xì)胞生長(zhǎng)的暫時(shí)性增強(qiáng)。如果這種改變是永久性的，細(xì)胞有可能發(fā)生不受控制的生長(zhǎng)甚至引發(fā)癌癥。但如果利用RESCUE進(jìn)行暫時(shí)的改變，短暫的細(xì)胞生長(zhǎng)有助于刺激傷口愈合以應(yīng)對(duì)急性損傷。

圖：A：β-連環(huán)蛋白結(jié)構(gòu)域和RESCUE靶向示意圖；B：RESCUE編輯的β-連環(huán)蛋白激活和細(xì)胞生長(zhǎng)示意圖。

此外，研究人員還利用RESCUE針對(duì)致病基因突變APOE4進(jìn)行了研究。APOE4一直被視為晚發(fā)性阿爾茨海默病的遺傳風(fēng)險(xiǎn)變異，而APOE4的同類型變體APOE2是非風(fēng)險(xiǎn)變異，兩者僅有一個(gè)位點(diǎn)不同（APOE4中為C，APOE2中為U）。研究團(tuán)隊(duì)將APOE4的RNA引入細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)RESCUE可以將其特征C轉(zhuǎn)換為APOE2的U，從而將風(fēng)險(xiǎn)變異轉(zhuǎn)化為非風(fēng)險(xiǎn)變異。

RESCUE顯著擴(kuò)展了CRISPR編輯技術(shù)可靶向目標(biāo)的研究范圍，意味著許多通過翻譯后修飾調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)活性和功能的位點(diǎn)可以更容易地進(jìn)行編輯，例如磷酸化、糖基化和甲基化。其中一些位點(diǎn)是充當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)活性的開關(guān)，并在信號(hào)分子途徑和癌癥相關(guān)途徑中被發(fā)現(xiàn)。此外，為了促進(jìn)RESCUE的推廣應(yīng)用，使研究人員能夠更好地了解致病性基因突變，張鋒教授研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃共享RESCUE技術(shù)。

不斷涌現(xiàn)的RNA編輯方法為疾病治療研究帶來了更多的選擇。7月25日，張鋒教授聯(lián)合創(chuàng)立的CRISPR基因組編輯公司Editas Medicine和合作伙伴Allergan宣布啟動(dòng)CRISPR療法AGN-151587 (EDIT-101)的I/II期臨床試驗(yàn)。據(jù)悉，該研究將招募18名Leber先天性黑蒙10患者進(jìn)行接受單眼治療。預(yù)計(jì)第一例患者將在今年下半年接受治療。這項(xiàng)臨床試驗(yàn)將是全球首個(gè)基于CRISPR的遺傳性失明患者活體研究。

希望隨著技術(shù)的進(jìn)步，在眾多科學(xué)家的努力下，CRISPR技術(shù)能夠被設(shè)計(jì)為一種精確定位、無脫靶效應(yīng)的基因編輯技術(shù)，為生命科學(xué)領(lǐng)域的研究帶來更多可能。

參考資料：

1A cytosine deaminase for programmable single-base RNA editing

2.New CRISPR platform expands RNA editing capabilities

3.Researchers Launch First Study of In Vivo CRISPR Therapy in Humans

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