Cas13是剪刀RESCUE系統的核心，它使用一個特殊的新能享“向導”定位細胞中的RNA。圖片來源：Stephen Dixon

　　近日，編輯一個允許編輯RNA的該工具新系統走進人們視野，該系統擴展了CRISPR編輯工具的將學界免可編輯范圍，并極大提高了鎖定疾病相關基因突變的費共能力。

　　美國麥戈文腦科學研究所研究員、剪刀哈佛—麻省理工博德研究所的新能享張鋒及其團隊開發出的這個新系統被稱為RESCUE（胞嘧啶向尿嘧啶特異性變化的RNA編輯系統，可實現從C到U的編輯RNA編輯）。該成果近日發表于《科學》。該工具

　　CRISPR基因編輯技術自問世以來，將學界免已徹底改變了人們的費共基因編輯能力。而且，剪刀有著“神奇剪刀”之稱的新能享這些技術被視作攻克人類絕癥的利器。人類已知罕見病有7000多種，編輯全球患者數億人，約95%的罕見病無有效治療藥物，一旦得病終生伴隨。科學界正嘗試用基因編輯技術解決罕見病難題。

　　目前，CRISPR技術所涵蓋的工具越來越多，它們可以操控基因及其表達，包括用Cas9和Cas12酶靶向DNA，用Cas13酶靶向RNA。CRISPR工具箱還提供了處理突變的各種方法。

　　但由于RNA存活時間相對較短，僅對RNA中與疾病相關的基因突變進行修改可以避免對基因組造成永久性改變。除此之外，采用CRISPR/Cas9系統介導的DNA編輯仍然難以編輯神經元等細胞類型，急需新方法來治療影響大腦的致命疾病。

　　張鋒團隊利用失活的Cas13，將RESCUE引導至RNA轉錄物中胞嘧啶堿基靶標的位置，并采用新的、經過進化的、可編輯的酶將不需要的胞嘧啶轉化為尿苷，從而改變RNA指令。該團隊此前曾開發出REPAIR技術，可將RNA上的腺嘌呤轉化為肌苷，在此基礎上，RESCUE應運而生。

　　研究人員表示，RESCUE技術的出現大大擴展了CRISPR工具的靶向范圍，使其能涵蓋蛋白質磷酸化位點等可修飾的位點。這些可修飾的位點是蛋白質活性的開關，主要存在于細胞信號分子和癌癥相關的信號通路中。

　　“針對致病基因變異的多樣性，我們需要擁有一系列精準基因編輯技術。通過開發這種新酶并將它和CRISPR的可編程性、精準性結合，我們成功填補了現有CRISPR工具箱的一大空白。”張鋒說。

　　此前開發的RNA 編輯系統REPAIR將靶向RNA的CRISPR/Cas13與ADAR2酶結合在一起，然后導向特定的RNA位置，特異性地將RNA上的腺嘌呤堿基（A）轉化為肌苷（I）。在此基礎上，張鋒團隊在實驗室中對REPAIR編輯系統進行改進和升級，直至其能夠將RNA中的胞嘧啶（C）轉化為尿苷（U）。

　　研究人員指出，RESCUE系統可被引導至任何選定的RNA，并通過優化的ADAR2組件平臺執行由C到U的編輯。研究人員還將這一全新平臺應用到人類細胞中，證明了RESCUE不僅可以靶向合成RNA中24種臨床相關的基因突變，也可以靶向人類細胞中的天然RNA。

　　之后，研究人員又進一步優化了RESCUE，在減少脫靶編輯的同時，同時最小化目標內基因編輯的干擾。

　　另外，RESCUE系統的問世大大擴展了CRISPR編輯工具的可編輯范圍，意味著許多調節蛋白質活性與功能的修飾位點（例如磷酸化、糖基化和甲基化位點）都可作為編輯的靶標。

　　該論文第一作者、麥戈文腦科學研究所的Omar Abudayyeh指出，不同于DNA層面上的編輯修改所帶來的對基因組不可逆的永久性改變，RNA編輯的一大優勢是它的可逆性，因為RNA只是DNA轉錄出來的中間產物。因此，在需要暫時而非永久性改變時，RESCUE就可以發揮其獨特優勢。

　　為證明這一點，研究團隊在人類細胞中使用RESCUE編碼β-連環蛋白上的RNA特定位點（已知其在蛋白質產物上被磷酸化的位點），從而暫時激活β-連環蛋白并促進細胞生長。如果這樣的改變是永久性的，細胞生長就會失控并引發癌癥。“現在借助RESCUE系統，我們可以將其用于急性損傷時，暫時激活細胞增長而促進傷口愈合。”Abudayyeh說。

　　研究人員還將目光瞄準了致病變異基因APOE4。

　　APOE4等位基因一直是晚發型阿爾茨海默病的遺傳風險因素。與APOE4只有兩個堿基區別的APOE2（APOE4中兩個都是C，APOE2中兩個都是U）卻完全無害。于是，張鋒及其團隊將APOE4 RNA導入細胞中，通過RESCUE系統將兩個堿基C都轉化為U，從而將危險因素APOE4轉化為無害的APOE2。

　　為了進一步將RESCUE系統推向臨床應用，也為了讓研究人員利用RESCUE更好地進行學術研究，張鋒實驗室計劃與學術界共享RESCUE系統，實驗室此前開發的CRISPR工具也都與學界免費共享。研究人員可通過非營利性質粒庫Addgene免費獲得該項技術，用于學術研究。

相關論文信息：http://dx.doi.org//10.1126/science.aax7063