科學家完成CRISPRCas13a介導的精確定點RNA編輯的人工機器

　　5月31日，國際學術期刊Nucleic Acids Research 在線發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所李軒研究組合作完成的題為Implementation of the CRISPR-Cas13a system in fission yeast and its repurposing for precise RNA editing 的研究論文。該工作報道了一個利用新發現CRISPR家族中的Cas13蛋白（VI 型）及其指導RNA(guide RNA)靶向結合特異序列單鏈RNA的能力，通過設計改造并與人源的RNA脫氨酶催化結構域（hADAR2d）結合，實現了精確定點RNA（A→I）編輯的人工機器。與近年來利用CRISPR家族蛋白（例如Cas9）對DNA編輯來修改基因/調控基因表達不同，Cas13體系不涉及編碼基因DNA的改變，而是通過對基因轉錄產物（mRNA）進行編輯，為改變基因功能和調控表達提供了新的方法和思路。

　　近年來利用CRISPR技術對生物物種基因DNA的編輯（包括切割和堿基替換），獲得了巨大的成功，同時也面臨技術上的限制。與DNA編輯技術互補，一個針對RNA的精確定點編輯技術，有獨特的技術優勢和應用。與DNA編輯技術相比，RNA的定點編輯不改變編碼基因本身（DNA堿基改變后不能逆轉），在時間上、空間上和效率上更加可控。同時，RNA編輯可以同時修改多個基因、同時靶向多拷貝基因的所有轉錄產物（尤其是對多倍體的物種），所以更加高效。在對疾病的基因治療領域，利用RNA定點編輯修復疾病組織的突變基因，有著重要的應用價值。

　　為了實現精確定點RNA編輯的人工機器，李軒研究組與研究員楊晟、中科院上海巴斯德研究所研究員郝沛及美國密歇根大學教授王紅兵合作，對新發現CRISPR家族中具有結合特異序列單鏈RNA能力的Cas13a，首先在模式生物裂殖酵母（S pombe）中實現了其靶向內源RNA和降解靶標RNA的功能。進一步，設計利用Cas13a的改造產物dCas13a（喪失RNA切割活性的突變），將dCas13a與人源的RNA腺嘌呤脫氨酶催化結構域（hADAR2d）融合，引入到裂殖酵母中；再通過設計RNA編輯機器的靶向“零件”指導RNA，實現了對內源RNA的精確定點編輯。為了對RNA定點編輯機器的設計和參數（編輯堿基位置、距離、指導RNA結構和長度等）進行優化，研究人員構建了一系列不同的設計，并利用一個雙熒光報告（reporter）系統來測試不同設置的編輯效率，從而獲得了精準RNA編輯機器的最優參數。優化后的編輯機器對內源靶標RNA的編輯效率達到了59%。最后，該研究實現的精準RNA編輯機器的功能，進一步體現在對裂殖酵母反轉錄轉座子Tf1突變株的修復和操作的實驗中。Tf1與動物細胞的逆轉錄病毒類似，其跳躍和擴增需要經過中間體RNA的逆轉錄步驟。研究人員利用精準RNA編輯，恢復了Tf1突變株的轉座能力，這個應用對逆轉錄病毒干預和操作提供了一個有潛力的工具。

　　該研究主要由荊新云和解冰冉等人完成。相關工作得到了中國農業部項目、國家科技重大專項和自然科學基金項目的支持。

科學家完成CRISPR-Cas13a介導的精確定點RNA編輯的人工機器