华人科学家Nature子刊发文 或将突破诺奖RNA编辑技术
一周多前，顶尖学术期刊《Science》杂志才刚刚报道著名学者张锋教授在基因疗法领域做出的潜在颠覆性变革。不到半个月，张锋教授团队又在《Nature》子刊《Nature·Biotechnology》发表一篇关于RNA编辑的重要论文。一些医药行业的知名媒体表示，这可能是RNA编辑的一大突破！
作为CRISPR基因编辑技术的先驱，张锋教授团队的这篇论文依旧把重点放在了CRISPR-Cas13基因编辑系统上。研究人员们指出，这一斩获诺奖的技术有着诸多应用前景，而最为前沿的方向之一，就是用于RNA的编辑。
如果说DNA编辑是重新书写生命的蓝图，那么RNA编辑则没有那么极端。与DNA编辑不同，它不会永久改变基因组的遗传密码，而只会对基因表达进行暂时的调控——如果某个致病基因表达过多，我们可以通过RNA编辑的方法控制它的表达量；而如果某个致病基因上存在突变，我们也可以暂时让它恢复正常。
既然RNA编辑相对DNA编辑有其多个优势，那为什么科学家们之前没有在这个领域上做出太多突破呢？很大程度上，这是因为CRISPR-Cas13系统很难直接应用于RNA编辑。具体一点说，这是因为这套系统里关键的Cas13酶尺寸太大，难以通过传统的AAV病毒载体进行递送——这正是目前应用得最广泛的病毒载体。
为了克服这个困难，研究人员们在原核生物以及病毒的基因组里寻找全新的Cas13酶，并发现两类“超级迷你”的Cas13家族：Cas13bt与Cas13ct。与一些Cas13酶相比，它们的尺寸几乎要小上将近一半！由于前者在哺乳动物中的活性更高，Cas13bt也被选作后续的研究对象。
在Cas13bt小家庭里，一共有16个蛋白成员。初步的研究表明，它们具有在CRISPR RNA的指导下靶向RNA，并“切开”RNA的能力。在人类细胞系里，研究人员所选择的Cas13bt1与Cas13bt3两个蛋白也能够敲低报告基因的表达，证明了它们的功能性。
随后，研究团队将失活的Cas13bt1与Cas13bt3蛋白引入已有的RNA编辑工具REPAIR与RESCUE中，评估它们的应用潜力。与预期一样，这两个蛋白在RNA编辑工具里也能发挥自己的功效，将对应的RNA碱基进行编辑。
▲这套系统能装进AAV2载体中（图片来源：参考资料[1]）
更令人可喜的是，尺寸较小的Cas13bt蛋白还能直接被装进AAV载体，进行递送。研究人员们将REPAIR系统需要的CRISPR RNA与Cas13bt1一起装进了AAV2载体中，确认其能对人类细胞系进行编辑。但研究人员们也发现，这一系统目前的编辑效率还不高，低于质粒DNA的转染效率，这也表明这一系统还有进一步优化的空间。
“AAV是许多不同的递送方式之一。我们之所以探索AAV，是因为它位于最成熟的病毒递送方式之列。但我们也在研究其他系统，”张锋教授说道，“我们需要探索许多不同的递送方法，因为不同的递送方法可能适用于不同的组织。我们希望在应用上选择最好的递送手段。”
▲本研究负责人是知名生物学家张锋教授
综合来看，本研究发现的Cas13bt蛋白为体内RNA调控提供了一项重要的新工具。在细胞系中，这些蛋白也得到了概念上的验证。未来，我们期待它能得到进一步优化，早日在临床上得到应用。
参考资料：
[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/
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