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Nature:震惊!CRISPR碱基编辑器能够诱导大量的脱靶RNA编辑

日期:2019-05-08 23:18:27 来源: 生物谷 点击:

在一项新的研究中,来自美国麻省总医院、哈佛医学院和哈佛大学陈曾熙公共卫生学院的研究人员报道近期开发的几种在单个DNA碱基中产生靶向变化的碱基编辑器能够在RNA中诱导广泛的脱靶效应。他们还描述了对碱基编辑器变体进行基因改造可显著降低RNA编辑的发生率,这同时也会增加在靶DNA编辑的精确度。相关研究结果于2019年4月17日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Transcriptome-wide off-target RNA editing induced by CRISPR-guided DNA base editors”。

图片来自CC0 Public Domain。
论文通讯作者、麻省总医院病理学系的J. Keith Joung博士说道,“大多数关于脱靶基因编辑的研究都集中在DNA上,但是我们发现这种技术也可以诱导大量的RNA改变。这一令人吃惊的发现表明,当考虑碱基编辑器在细胞中的不想要的脱靶效应时,需要考虑的不仅仅是基因变化。我们还发现构建选择性地降低脱靶RNA编辑同时保留想要的在靶DNA编辑的变体来减少这些影响是可行的。”

与CRISPR-Cas基因编辑核酸酶---它诱导靶双链DNA断裂,从而导致基因变化---不同的是, CRISPR碱基编辑器能够改变DNA链中的单个核苷酸而不用诱导这种双链DNA断裂。Joung解释道,如果可以将CRISPR-Cas核酸酶比作为剪刀,那么就可将碱基编辑器比作为铅笔。当使用CRISPR-Cas修饰形式的融合蛋白靶向结合到目标位点上时,碱基编辑器使用一种称为脱氨酶的酶修饰一个特定核苷酸,从而产生可导致特定DNA改变的变化---比如,将胞嘧啶改变为胸腺嘧啶。

虽然大多数科学家都专注于碱基编辑器的DNA编辑活性,但是最常用的胞嘧啶→胸腺嘧啶编辑器(C→T编辑器)中的脱氨酶最初是因它的修饰RNA的能力而被鉴定出的。这导致Joung及其团队研究它是否可能诱导脱靶RNA效应。他们在肝脏和胚胎肾细胞系中的实验表明,虽然他们测试的这种常用的碱基编辑器在靶DNA位点上诱导高效的编辑,但是它也导致整个转录组---在细胞中发生转录的全部RNA---中发生数万个胞嘧啶→尿嘧啶(C→U)编辑。当测试一种较新的腺嘌呤靶向碱基编辑器时,他们发现了类似的结果。

为了研究减少或消除不需要的RNA编辑的可能性,Joung团队筛选了16种具有脱氨酶改造版本的碱基编辑器(即碱基编辑器改造版本),从中鉴定出两种碱基编辑器改造版本与它们的原始版本同样高效地诱导在靶DNA编辑,同时诱导显著少的RNA编辑。实际上,这些SECURE(SElective Curbing of Unwanted RNA Editing, 选择性抑制不需要的RNA编辑)变体甚至要比未经基因改造的脱氨酶更精确地诱导所需的DNA编辑。

论文第一作者Julian Grünewald博士说,“我们利用这两类碱基编辑器观察到的数以万计的RNA编辑和这些变化发生的频率感到非常吃惊。我们也很高兴看到我们能够通过使用我们的SECURE碱基编辑器变体大幅降低这些不需要的RNA编辑。”

Joung指出,研究这些RNA编辑对CRISPR碱基编辑的实验和临床应用的任何潜在影响是他的团队正在采取的重要下一步。“我们发现,我们研究的这种广泛使用的胞嘧啶碱基编辑器当在一种人细胞系中表达时对细胞活力具有适度的影响,而SECURE变体则不会。对研究应用而言,正在使用碱基编辑器的科学家们将需要在他们的实验中考虑潜在的RNA 脱靶效应。对治疗性应用而言,我们的研究结果进一步论证了将碱基编辑器表达的持续时间限制在尽可能短的时间内,以及在安全评估中考虑RNA 脱靶效应的潜在影响并使之最小化的重要性。”

Joung补充道,“正在开展的研究工作的另一个重要领域是扩大我们的努力,以尽量减少这些不需要的脱靶RNA编辑。我们当前正在尝试设计SECURE腺嘌呤碱基编辑器并探索使用其他脱氨酶的而不是我们研究的碱基编辑器中使用的脱氨酶的胞嘧啶碱基编辑器的脱靶RNA效应。我们的目标是产生一套具有最小RNA编辑活性的碱基编辑器,从而可用于研究和治疗性应用。

参考资料:

Julian Grünewald et al. Transcriptome-wide off-target RNA editing induced by CRISPR-guided DNA base editors. Nature, 2019, doi:10.1038/s41586-019-1161-z.

(责任编辑:sgx)

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