作為首位將基因編輯系統(tǒng)CRISPR用于哺乳動(dòng)物細(xì)胞的開(kāi)拓者，美國(guó)博德研究所華人科學(xué)家張鋒近來(lái)對(duì)RNA編輯產(chǎn)生了興趣，一月內(nèi)連發(fā)兩篇相關(guān)論文在頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊。

美國(guó)東部時(shí)間10月25日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表了張鋒團(tuán)隊(duì)一篇介紹CRISPR新系統(tǒng)“REPAIR”的文章?！癛EPAIR”的基本元件是一種取名為PspCas13b的酶和ADAR2蛋白。“REPAIR”可高效地修復(fù)RNA的單個(gè)核苷，因不會(huì)改變DNA信息而更為安全，將為基礎(chǔ)研究和臨床治療提供一個(gè)新的工具。

Cas13酶家族最近受張鋒團(tuán)隊(duì)青睞。10月4日，在發(fā)表于《自然》期刊的論文上，張鋒團(tuán)隊(duì)證實(shí)了另一種酶Cas13a能夠在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中特異性地下調(diào)內(nèi)源性RNA和報(bào)告RNA的水平。

“基因編輯的首要目標(biāo)是矯正導(dǎo)致疾病的突變。現(xiàn)在，我們已經(jīng)很擅長(zhǎng)讓基因失活，但要修復(fù)已丟失的蛋白質(zhì)功能則更具挑戰(zhàn)得多。編輯RNA這一新技能打開(kāi)了更多的可能，幾乎可以在所有細(xì)胞中修復(fù)蛋白質(zhì)功能，有助于多種疾病治療?！睆堜h表示。

和此前CRISPR系統(tǒng)用于編輯DNA不同，張鋒團(tuán)隊(duì)在普雷沃氏細(xì)菌（Prevotella）中找到了PspCas13b酶。這是Cas13酶家族中能使RNA失去活性的“佼佼者”，是潛在的RNA“剪刀”。

但張鋒團(tuán)隊(duì)賦予PspCas13b的“使命”不是去讓RNA失活，相反的，他們?cè)O(shè)計(jì)了PspCas13b的“變體”。這個(gè)“變體”失去了“剪刀”的功能，但會(huì)牢牢地結(jié)合在特定的RNA片段上。同時(shí)，PspCas13b“變體”的搭檔——ADAR2蛋白會(huì)將該片段上的腺嘌呤核苷（A）替換成次黃嘌呤核苷（I）。

為何要做此替換？原來(lái)，鳥(niǎo)嘌呤核苷（G）突變?yōu)橄汆堰屎塑眨ˋ）時(shí)有發(fā)生，而這被認(rèn)為和杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良癥、帕金森病等疾病密切相關(guān)。

人類的很多疾病信息都編碼在DNA這個(gè)“生命腳本”上?；蚓庉嫾夹g(shù)的出現(xiàn)使得科學(xué)家有了修改DNA的可能，給治愈疾病帶來(lái)希望。但由于基因承載著生命最根源的信息，對(duì)DNA進(jìn)行編輯有著安全和倫理上的顧慮。

RNA編輯有所不同。RNA是以DNA單鏈為模板的遺傳信息載體。DNA發(fā)出 “錯(cuò)誤指令”，經(jīng)RNA轉(zhuǎn)錄，翻譯給蛋白質(zhì)并執(zhí)行功能，才有疾病的表現(xiàn)。若中途攔截，矯正RNA上的錯(cuò)誤信息，讓蛋白質(zhì)接收到正確的信息，可起到治療效果。

安全和靈活是“REPAIR”的優(yōu)勢(shì)。“REPAIR無(wú)需篡改基因組就可以修復(fù)突變。而且RNA會(huì)自動(dòng)降解，對(duì)它的修改或是可逆的。”張鋒實(shí)驗(yàn)室學(xué)生、該論文的共同第一作者David Cox表示。

為了讓“REPAIR”更加成熟，張鋒團(tuán)隊(duì)對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化，設(shè)計(jì)出“REPAIR2”版本，將在轉(zhuǎn)錄組中可檢測(cè)到的脫靶次數(shù)從1.8萬(wàn)次降至20次。據(jù)介紹，“REPAIR2”對(duì)目標(biāo)RNA的編輯效率為20%-40%，最高達(dá)到51%。

為驗(yàn)證“REPAIR”系統(tǒng)在疾病治療上的潛力，張鋒團(tuán)隊(duì)人工合成了會(huì)造成范科尼貧血和X連鎖性腎源性尿崩癥的突變，并將這些突變引至人體細(xì)胞中，最后成功通過(guò)“REPAIR”在RNA層次上修復(fù)了致病突變。

接下來(lái)，張鋒團(tuán)隊(duì)表示將繼續(xù)從自然界尋找線索，設(shè)計(jì)其他附件，適用于更多類型的核苷酸修復(fù)。