Science:张锋团队免费开源给学术研究!升级版CRISPR拓展RNA功能编辑
2019/07/12
近日,张锋团队再次升级CRISPR基因编辑系统,升级版的CRISPR通过靶向特定的RNA能够将致病蛋白扼杀在萌芽状态。

近日,张锋团队再次升级CRISPR基因编辑系统,升级版的CRISPR通过靶向特定的RNA能够将致病蛋白扼杀在萌芽状态。该研究发表在《Science》杂志上。


DOI: 10.1126/science.aax7063

基因编辑新品发布

张锋教授像极了基因编辑技术领域的“乔布斯”。张峰团队在基因编辑从无到有、从有到优的过程中扮演了一个技术推动者的角色。此次张峰团队再一次推出升级版的CRISPR采用的是一种叫做Cas13的蛋白酶。相比于传统的Cas9或Cas12蛋白酶,采用Cas13能够对RNA进行单碱基的编辑。这进一步扩大了基因编辑的应用范围。


CRISPR家族酶Cas13(粉红色)位于RESCUE平台的核心 图片来源:Stephen Dixon

麻省理工学院麦戈文研究所与哈佛大学张峰团队合作开发出一种名为RESCUE的系统。它可以利用一种失活的Cas13酶靶向RNA转录副本上的胞嘧啶碱基(C),从而指导改变RNA的指令。

升级版CRISPR的变与不变

RESCUE 系统是基于张锋团队先前开发的 REPAIR 技术改进而来。REPAIR能特异性地将RNA上的腺嘌呤(A)转化为与鸟嘌呤(G)结构类似的肌苷(I)。在这个转化过程中必不可少的关键便是ADAR2酶。

在先前的研究基础上,张锋教授团队通过酶进化的方法赋予了ADAR2酶全新的功能。它能够将RNA碱基中的胞嘧啶(C)转化为尿嘧啶(U)。与此同时,它保留了原先将A转化为I的功能。研究人员将新的基因编辑系统应用于人体细胞发现,新升级的CRISPR可以靶向细胞中的天然RNA以及24个合成RNA中的突变体。

为何要对RNA进行编辑?


RESCUE成功激活β-catenin蛋白

选择对RNA进行编辑的一个主要特点在于它的可逆性。与直接编辑DNA不同,RESCUE可以靶向特定β-catenin蛋白的RNA中的特定位点,进而刺激细胞生长。但是这种变化并不是永久性的。传统的CRISPR编辑系统直接编辑DNA是一个永久性的改变,可能会导致细胞过度生长诱发癌症,但通过使用RESCUE,短暂的细胞生长就能够起到会刺激伤口愈合应对急性损伤的作用。

成功转变阿尔茨海默症的风险因子

研究人员还利用RESCUE系统对编码APOE4的RNA进行编辑。据之前的研究表明,APOE4是导致阿尔茨海默症的风险因子。研究发现,APOE2蛋白与之相似但是相对无害,两者之间只有两个差异(APOE4中的C与APOE2中的U)。研究人员通过RESCUE系统,他们成功地将APOE4 RNA分子中的两个字母从C变成了U,从而将风险因子转变成了无害蛋白。

RESCUE大大扩展了基因编辑工具可以应用的领域,包括蛋白质中的可修饰位置,像是磷酸化位点。这些位点在蛋白质活动中起着开关的作用,在信号分子和癌症相关通路中尤为明显。


张锋表示:“为了治疗引起疾病的基因变异的多样性,我们需要一系列精确的技术来选择。通过开发这种新的Cas13酶,并将其与CRISPR的可编程性和精确性结合起来,我们能够填补一个关键空白。”

为了加速这一技术在临床上的应用,张锋教授课题组决定通过非营利性质粒平台Addgene免费提供给学术研究。任何从事基础研究的科学家,都可以免费使用。更多信息可以在张锋的实验室的网页上找到。

参考资料:

[1] New CRISPR platform expands RNA editing capabilities

[2] A cytosine deaminase for programmable single-base RNA editing


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