華人科學家Nature子刊發文或將突破諾獎RNA編輯技術

　　一周多前，頂尖學術期刊《Science》雜志才剛剛報道著名學者張鋒教授在基因療法領域做出的潛在顛覆性變革。不到半個月，張鋒教授團隊又在《Nature》子刊《Nature·Biotechnology》發表一篇關于RNA編輯的重要論文。一些醫藥行業的知名媒體表示，這可能是RNA編輯的一大突破！

　　作為CRISPR基因編輯技術的先驅，張鋒教授團隊的這篇論文依舊把重點放在了CRISPR-Cas13基因編輯系統上。研究人員們指出，這一斬獲諾獎的技術有著諸多應用前景，而最為前沿的方向之一，就是用于RNA的編輯。

　　如果說DNA編輯是重新書寫生命的藍圖，那么RNA編輯則沒有那么極端。與DNA編輯不同，它不會永久改變基因組的遺傳密碼，而只會對基因表達進行暫時的調控——如果某個致病基因表達過多，我們可以通過RNA編輯的方法控制它的表達量；而如果某個致病基因上存在突變，我們也可以暫時讓它恢復正常。

　　既然RNA編輯相對DNA編輯有其多個優勢，那為什么科學家們之前沒有在這個領域上做出太多突破呢？很大程度上，這是因為CRISPR-Cas13系統很難直接應用于RNA編輯。具體一點說，這是因為這套系統里關鍵的Cas13酶尺寸太大，難以通過傳統的AAV病毒載體進行遞送——這正是目前應用得最廣泛的病毒載體。

　　為了克服這個困難，研究人員們在原核生物以及病毒的基因組里尋找全新的Cas13酶，并發現兩類“超級迷你”的Cas13家族：Cas13bt與Cas13ct。與一些Cas13酶相比，它們的尺寸幾乎要小上將近一半！由于前者在哺乳動物中的活性更高，Cas13bt也被選作后續的研究對象。

　　在Cas13bt小家庭里，一共有16個蛋白成員。初步的研究表明，它們具有在CRISPR RNA的指導下靶向RNA，并“切開”RNA的能力。在人類細胞系里，研究人員所選擇的Cas13bt1與Cas13bt3兩個蛋白也能夠敲低報告基因的表達，證明了它們的功能性。

　　隨后，研究團隊將失活的Cas13bt1與Cas13bt3蛋白引入已有的RNA編輯工具REPAIR與RESCUE中，評估它們的應用潛力。與預期一樣，這兩個蛋白在RNA編輯工具里也能發揮自己的功效，將對應的RNA堿基進行編輯。

　　▲這套系統能裝進AAV2載體中（圖片來源：參考資料[1]）

　　更令人可喜的是，尺寸較小的Cas13bt蛋白還能直接被裝進AAV載體，進行遞送。研究人員們將REPAIR系統需要的CRISPR RNA與Cas13bt1一起裝進了AAV2載體中，確認其能對人類細胞系進行編輯。但研究人員們也發現，這一系統目前的編輯效率還不高，低于質粒DNA的轉染效率，這也表明這一系統還有進一步優化的空間。

　　“AAV是許多不同的遞送方式之一。我們之所以探索AAV，是因為它位于最成熟的病毒遞送方式之列。但我們也在研究其他系統，”張鋒教授說道，“我們需要探索許多不同的遞送方法，因為不同的遞送方法可能適用于不同的組織。我們希望在應用上選擇最好的遞送手段。”

　　▲本研究負責人是知名生物學家張鋒教授

　　綜合來看，本研究發現的Cas13bt蛋白為體內RNA調控提供了一項重要的新工具。在細胞系中，這些蛋白也得到了概念上的驗證。未來，我們期待它能得到進一步優化，早日在臨床上得到應用。

　　參考資料：

　　[1] Kannan, S., Altae-Tran, H., Jin, X. et al. Compact RNA editors with small Cas13 proteins. Nat Biotechnol (2021). https://doi.org/10.1038/s41587-021-01030-2

　　[2] Feng Zhang's lab develops potential breakthrough in RNA editing delivery using 'ultracompact' versions of Cas13, Retrieved August 30, 2021, from https://endpts.com/feng-zhangs-lab-develops-potential-breakthrough-in-rna-editing-delivery-with-ultracompact-versions-of-cas13/