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新的CRISPR平台扩展了RNA编辑功能

基于CRISPR的工具彻底改变了我们靶向与疾病相关的基因突变的能力。CRISPR技术包括一系列可以操纵基因及其表达的工具,包括用Cas9和Cas12酶靶向DNA,用酶Cas13靶向RNA。

该系列提供了解决突变的不同策略。靶向与疾病相关的RNA突变相对较短,可避免对基因组进行永久性改变。此外,使用CRISPR / Cas9介导的编辑难以编辑某些细胞类型,例如神经元,并且需要新策略来治疗影响大脑的破坏性疾病。

麻省理工学院麦戈文研究所和博士研究所以及哈佛大学核心成员冯章及其团队现已开发出一种名为RESCUE(特定C到U交换的RNA编辑)的策略,在“科学”杂志上有所描述。

张和他的团队,包括第一位合作者Omar Abudayyeh和Jonathan Gootenberg(现在都是McGovern研究员),利用一种失活的Cas13来指导RESCUE在RNA转录物上靶向胞嘧啶碱基,并使用一种新的,进化的可编程酶进行转换不需要的胞嘧啶进入尿苷 - 从而指导RNA指令的改变。RESCUE建立在REPAIR的基础之上,这是由Zhang的团队开发的一种技术,可将腺嘌呤碱基转化为RNA中的肌苷。

RESCUE显着扩展了CRISPR工具可以定位的范围,包括蛋白质中可修饰的位置,例如磷酸化位点。这些位点充当蛋白质活性的开/关开关,特别是在信号分子和癌症相关途径中发现。

“为了治疗导致疾病的遗传变化的多样性,我们需要一系列精确的技术可供选择。通过开发这种新酶并将其与CRISPR的可编程性和精确性相结合,我们能够填补工具箱中的关键空白“麻省理工学院的James和Patricia Poitras神经科学教授张说。张先生在麻省理工学院脑与认知科学与生物工程系任职。

将RNA编辑的范围扩展到新目标

先前开发的REPAIR平台使用RNA靶向CRISPR / Cas13将RNA编辑器的活性结构域ADAR2引导至特定的RNA转录物,其中它可以将核苷酸碱基腺嘌呤转化为肌苷,或将字母A转换为I。张和同事们REPAIR融合并在实验室中进化,直到它可以将胞嘧啶改为尿苷,或C至U。

可以将RESCUE引导至任何选择的RNA,然后通过平台的演化ADAR2组件执行C-to-U编辑。该团队将新平台带入人体细胞,显示它们可以靶向细胞中的天然RNA,以及合成RNA中的24个临床相关突变。然后,他们进一步优化了RESCUE以减少脱靶编辑,同时最小程度地破坏了目标编辑。

新目标即将到来

通过RESCUE扩展靶向意味着通过翻译后修饰(例如磷酸化,糖基化和甲基化)调节许多蛋白质的活性和功能的位点现在可以更容易地进行编辑。

RNA编辑的一个主要优点是其可逆性,与DNA水平的变化相反,后者是永久性的。因此,RESCUE可以暂时部署在可能需要临时修改但不是永久修改的情况下。为了证明这一点,该团队表明,在人类细胞中,RESCUE可以靶向编码β-连环蛋白的RNA中的特定位点,已知其在蛋白质产物上被磷酸化,导致β-连环蛋白活化和细胞生长的暂时增加。如果这种变化是永久性的,它可能使细胞易于发生不受控制的细胞生长和癌症,但通过使用RESCUE,瞬时细胞生长可能会刺激伤口愈合以应对急性损伤。

研究人员还针对致病基因变体APOE4。APOE4等位基因一直是晚发性阿尔茨海默病发展的遗传风险因素。同种型APOE4与APOE2不同,APOE2不是风险因素,只有两个差异(APOE4中的C与APOE2中的U)。Zhang及其同事将风险相关的APOE4 RNA引入细胞,并显示RESCUE可将其特征性Cs转换为APOE2序列,从而将风险转化为非风险变异。

为了促进将RESCUE推向诊所的额外工作,以及使研究人员能够使用RESCUE作为更好地了解引起疾病的突变的工具,张实验室计划广泛分享RESCUE系统,因为它们与先前开发的CRISPR工具一样。该技术将通过非营利性质粒库Addgene免费提供给学术研究。

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