發(fā)布時(shí)間：2019-06-10
2019年6月10日，《自然》期刊在線發(fā)表了題為《DNA單堿基編輯技術(shù)引起RNA脫靶及其通過突變消除RNA活性》的研究論文，該研究由中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）、上海腦科學(xué)與類腦研究中心、神經(jīng)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院靈長(zhǎng)類神經(jīng)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室楊輝研究組、四川大學(xué)華西二院/生命科學(xué)學(xué)院郭帆研究組和中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所隸屬的計(jì)算生物學(xué)研究所（中國(guó)科學(xué)院-馬普學(xué)會(huì)計(jì)算生物學(xué)伙伴研究所）李亦學(xué)研究組合作完成，該研究通過全轉(zhuǎn)錄組RNA測(cè)序發(fā)現(xiàn)DNA編輯工具單堿基編輯技術(shù)存在大量的RNA脫靶，首次證明了BE3、BE3-hA3A和ABE7.10等多個(gè)單堿基編輯技術(shù)均存在大量的RNA脫靶，并且ABE7.10還會(huì)導(dǎo)致大量的癌基因和抑癌基因突變，具有較強(qiáng)的致癌風(fēng)險(xiǎn)。該研究進(jìn)而通過點(diǎn)突變的方式對(duì)三種單堿基編輯工具進(jìn)行突變優(yōu)化，使其完全消除RNA脫靶的活性，首次獲得三種更高精度的單堿基編輯工具，為單堿基編輯基礎(chǔ)進(jìn)入臨床治療提供了重要的基礎(chǔ)。
單堿基編輯技術(shù)是一種是自2012年CRISPR/Cas9技術(shù)被發(fā)現(xiàn)以來最寄予厚望的高精度基因編輯技術(shù)，其中一種單堿基編輯技術(shù)BE3可以在不切斷DNA雙鏈的情況精確的引入由C/G到T/A的點(diǎn)突變，另外一項(xiàng)單堿基編輯技術(shù)ABE7.10可以由T/A突變成C/G的技術(shù)，對(duì)于基因突變導(dǎo)致的遺傳疾病的治療具有重大意義。90%的罕見病無藥可治，而單堿基編輯技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)非常高精度的目標(biāo)打靶，因此單堿基編輯技術(shù)相繼成為脊髓性肌營(yíng)養(yǎng)不良、地中海貧血、血友病、視網(wǎng)膜黃斑變性、遺傳性耳聾等罕見病基因治療的熱門工具之一。
楊輝團(tuán)隊(duì)今年3月在《科學(xué)》雜志報(bào)道單堿基編輯技術(shù)BE3存在全基因組范圍內(nèi)的脫靶，引起了廣泛的關(guān)注，已有的研究對(duì)于基因編輯工具的脫靶檢測(cè)都瞄準(zhǔn)在DNA水平。而楊輝團(tuán)隊(duì)這次將DNA編輯工具脫靶的檢測(cè)范圍擴(kuò)展到RNA水平，首次證明常用的三種單堿基編輯技術(shù)均存在大量的RNA脫靶，通過精巧的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)證明了RNA脫靶主要是由于融合在Cas9上的脫氨酶導(dǎo)致。并且發(fā)現(xiàn)被寄予厚望的ABE7.10存在大量的RNA脫靶，并高頻率地發(fā)生在癌基因和抑癌基因上。
通過對(duì)混合細(xì)胞和單細(xì)胞水平的RNA突變位點(diǎn)進(jìn)行分析，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)RNA突變位點(diǎn)和目的靶向序列沒有相關(guān)性，是由脫氨酶產(chǎn)生的隨機(jī)脫靶位點(diǎn)。因此，此前已經(jīng)被應(yīng)用到多種疾病模型上成功糾正遺傳突變的單堿基編輯工具存在無法預(yù)測(cè)的RNA脫靶，有較大的致癌風(fēng)險(xiǎn)。
為了獲得更加精準(zhǔn)的單堿基編輯工具，楊輝研究組團(tuán)隊(duì)對(duì)單堿基編輯的胞嘧啶脫氨酶和腺嘌呤脫氨酶分別進(jìn)行了突變優(yōu)化，最終獲得能夠完全消除RNA脫靶并且維持DNA編輯活性的高精度單堿基編輯工具。除此之外，楊輝團(tuán)隊(duì)開發(fā)的ABE（F148A）突變體還能夠縮小編輯窗口，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的DNA編輯。該技術(shù)在特異性和精確性上超越了ABE7.10，有望在未來成為一種更加安全、更加精準(zhǔn)的基因編輯工具，應(yīng)用于臨床治療中。
該項(xiàng)工作由中科院腦智中心博士研究生周昌陽，計(jì)算生物學(xué)所博士研究生孫怡迪，四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院學(xué)生燕蕊，上海科技大學(xué)生命學(xué)院博士研究生劉亞京，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所研究員左二偉等科研人員，在中科院腦智中心楊輝研究員，四川大學(xué)郭帆教授，中科院腦智中心周海波博士，計(jì)算生物學(xué)所李亦學(xué)研究員的共同指導(dǎo)下完成，課題組其他成員積極參與，并得到腦智中心流式分選平臺(tái)，巴斯德所流式分選平臺(tái)的大力協(xié)助，是眾多課題組同理合作的重要成果。本工作得到國(guó)家高科技研發(fā)項(xiàng)目，中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)，上海市科技重大項(xiàng)目，上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)項(xiàng)目等項(xiàng)目的資助。
附件下載： 
