DNA堿基中產生靶向變化的堿基編輯器誘導廣泛的脫靶

　　在一項新的研究中，來自美國麻省總醫院、哈佛醫學院和哈佛大學陳曾熙公共衛生學院的研究人員報道近期開發的幾種在單個DNA堿基中產生靶向變化的堿基編輯器能夠在RNA中誘導廣泛的脫靶效應。他們還描述了對堿基編輯器變體進行基因改造可顯著降低RNA編輯的發生率，這同時也會增加在靶DNA編輯的精確度。相關研究結果于2019年4月17日在線發表在Nature期刊上，論文標題為“Transcriptome-wide off-target RNA editing induced by CRISPR-guided DNA base editors”。

圖片來自CC0 Public Domain。

　　論文通訊作者、麻省總醫院病理學系的J. Keith Joung博士說道，“大多數關于脫靶基因編輯的研究都集中在DNA上，但是我們發現這種技術也可以誘導大量的RNA改變。這一令人吃驚的發現表明，當考慮堿基編輯器在細胞中的不想要的脫靶效應時，需要考慮的不僅僅是基因變化。我們還發現構建選擇性地降低脫靶RNA編輯同時保留想要的在靶DNA編輯的變體來減少這些影響是可行的。”

　　與CRISPR-Cas基因編輯核酸酶---它誘導靶雙鏈DNA斷裂，從而導致基因變化---不同的是， CRISPR堿基編輯器能夠改變DNA鏈中的單個核苷酸而不用誘導這種雙鏈DNA斷裂。Joung解釋道，如果可以將CRISPR-Cas核酸酶比作為剪刀，那么就可將堿基編輯器比作為鉛筆。當使用CRISPR-Cas修飾形式的融合蛋白靶向結合到目標位點上時，堿基編輯器使用一種稱為脫氨酶的酶修飾一個特定核苷酸，從而產生可導致特定DNA改變的變化---比如，將胞嘧啶改變為胸腺嘧啶。

　　雖然大多數科學家都專注于堿基編輯器的DNA編輯活性，但是最常用的胞嘧啶→胸腺嘧啶編輯器（C→T編輯器）中的脫氨酶最初是因它的修飾RNA的能力而被鑒定出的。這導致Joung及其團隊研究它是否可能誘導脫靶RNA效應。他們在肝臟和胚胎腎細胞系中的實驗表明，雖然他們測試的這種常用的堿基編輯器在靶DNA位點上誘導高效的編輯，但是它也導致整個轉錄組---在細胞中發生轉錄的全部RNA---中發生數萬個胞嘧啶→尿嘧啶（C→U）編輯。當測試一種較新的腺嘌呤靶向堿基編輯器時，他們發現了類似的結果。

　　為了研究減少或消除不需要的RNA編輯的可能性，Joung團隊篩選了16種具有脫氨酶改造版本的堿基編輯器（即堿基編輯器改造版本），從中鑒定出兩種堿基編輯器改造版本與它們的原始版本同樣高效地誘導在靶DNA編輯，同時誘導顯著少的RNA編輯。實際上，這些SECURE（SElective Curbing of Unwanted RNA Editing, 選擇性抑制不需要的RNA編輯）變體甚至要比未經基因改造的脫氨酶更精確地誘導所需的DNA編輯。

　　論文第一作者Julian Grünewald博士說，“我們利用這兩類堿基編輯器觀察到的數以萬計的RNA編輯和這些變化發生的頻率感到非常吃驚。我們也很高興看到我們能夠通過使用我們的SECURE堿基編輯器變體大幅降低這些不需要的RNA編輯。”

　　Joung指出，研究這些RNA編輯對CRISPR堿基編輯的實驗和臨床應用的任何潛在影響是他的團隊正在采取的重要下一步。“我們發現，我們研究的這種廣泛使用的胞嘧啶堿基編輯器當在一種人細胞系中表達時對細胞活力具有適度的影響，而SECURE變體則不會。對研究應用而言，正在使用堿基編輯器的科學家們將需要在他們的實驗中考慮潛在的RNA 脫靶效應。對治療性應用而言，我們的研究結果進一步論證了將堿基編輯器表達的持續時間限制在盡可能短的時間內，以及在安全評估中考慮RNA 脫靶效應的潛在影響并使之最小化的重要性。”

　　Joung補充道，“正在開展的研究工作的另一個重要領域是擴大我們的努力，以盡量減少這些不需要的脫靶RNA編輯。我們當前正在嘗試設計SECURE腺嘌呤堿基編輯器并探索使用其他脫氨酶的而不是我們研究的堿基編輯器中使用的脫氨酶的胞嘧啶堿基編輯器的脫靶RNA效應。我們的目標是產生一套具有最小RNA編輯活性的堿基編輯器，從而可用于研究和治療性應用。