發(fā)布時(shí)間：2019-06-10
2019年6月10日，《自然》期刊在線(xiàn)發(fā)表了題為《DNA單堿基編輯技術(shù)引起RNA脫靶及其通過(guò)突變消除RNA活性》的研究論文，該研究由中國科學(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(lèi)腦研究中心、神經(jīng)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室、中國科學(xué)院靈長(cháng)類(lèi)神經(jīng)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室楊輝研究組、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科學(xué)院上海營(yíng)養與健康研究所隸屬的計算生物學(xué)研究所（中國科學(xué)院-馬普學(xué)會(huì )計算生物學(xué)伙伴研究所）李亦學(xué)研究組合作完成，該研究通過(guò)全轉錄組RNA測序發(fā)現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 )導致大量的癌基因和抑癌基因突變，具有較強的致癌風(fēng)險。該研究進(jìn)而通過(guò)點(diǎn)突變的方式對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，為單堿基編輯基礎進(jìn)入臨床治療提供了重要的基礎。
單堿基編輯技術(shù)是一種是自2012年CRISPR/Cas9技術(shù)被發(fā)現以來(lái)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)，對于基因突變導致的遺傳疾病的治療具有重大意義。90%的罕見(jiàn)病無(wú)藥可治，而單堿基編輯技術(shù)能夠實(shí)現非常高精度的目標打靶，因此單堿基編輯技術(shù)相繼成為脊髓性肌營(yíng)養不良、地中海貧血、血友病、視網(wǎng)膜黃斑變性、遺傳性耳聾等罕見(jiàn)病基因治療的熱門(mén)工具之一。
楊輝團隊今年3月在《科學(xué)》雜志報道單堿基編輯技術(shù)BE3存在全基因組范圍內的脫靶，引起了廣泛的關(guān)注，已有的研究對于基因編輯工具的脫靶檢測都瞄準在DNA水平。而楊輝團隊這次將DNA編輯工具脫靶的檢測范圍擴展到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(guò)精巧的實(shí)驗設計證明了RNA脫靶主要是由于融合在Cas9上的脫氨酶導致。并且發(fā)現被寄予厚望的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(guò)對混合細胞和單細胞水平的RNA突變位點(diǎn)進(jìn)行分析，該團隊發(fā)現RNA突變位點(diǎn)和目的靶向序列沒(méi)有相關(guān)性，是由脫氨酶產(chǎn)生的隨機脫靶位點(diǎn)。因此，此前已經(jīng)被應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(wú)法預測的RNA脫靶，有較大的致癌風(fēng)險。
為了獲得更加精準的單堿基編輯工具，楊輝研究組團隊對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，楊輝團隊開(kāi)發(fā)的ABE（F148A）突變體還能夠縮小編輯窗口，實(shí)現更加精準的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(lái)成為一種更加安全、更加精準的基因編輯工具，應用于臨床治療中。
該項工作由中科院腦智中心博士研究生周昌陽(yáng)，計算生物學(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?？萍即髮W(xué)生命學(xué)院博士研究生劉亞京，中國農業(yè)科學(xué)院深圳農業(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，計算生物學(xué)所李亦學(xué)研究員的共同指導下完成，課題組其他成員積極參與，并得到腦智中心流式分選平臺，巴斯德所流式分選平臺的大力協(xié)助，是眾多課題組同理合作的重要成果。本工作得到國家高科技研發(fā)項目，中科院戰略性先導科技專(zhuān)項，國家自然科學(xué)基金委員會(huì )，上海市科技重大項目，上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì )項目等項目的資助。
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