基于CRISPR技術(shù)的基因編輯工具自問世以來，徹底改變了人類對基因進行編輯和調(diào)控的方式。CRISPR技術(shù)包括一系列可以操縱基因及其表達(dá)的工具，如靶向DNA的Cas9和Cas12酶，以及靶向RNA的Cas13酶等等。

任何時候，對于人體DNA的改變都應(yīng)謹(jǐn)慎對待，尤其是可遺傳的改變。相比而言，特定的RNA在體內(nèi)存在的時間較短，因此靶向與疾病相關(guān)的RNA突變是一個更安全的選擇，可避免對基因組進行永久性改變及因此可能帶來的潛在風(fēng)險。

近日，華人科學(xué)家張鋒及其團隊開發(fā)出一種名為RESCUE 的全新CRISPR基因編輯技術(shù)，可以實現(xiàn)之前無法做到的RNA單堿基編輯。該成果于7月11日發(fā)表在Science上 [1]。

圖片來源：Science

CRISPR 工具包新成員

RESCUE (RNAEditing for Specific C to U Exchange），即用于胞嘧啶（C）向尿嘧啶（U）特異性變化的RNA編輯系統(tǒng)，是由張鋒教授團隊先前開發(fā)的REPAIR技術(shù)改進而來[2]。

REPAIR是基于靶向RNA的CRISPR/Cas13系統(tǒng)開發(fā)的，能利用一種叫做ADAR2的酶，特異性地將RNA上的腺嘌呤（A）轉(zhuǎn)化為肌苷（I）。在細(xì)胞看來，I與鳥嘌呤（G）沒有區(qū)別，因此就能按G處理，合成具有正常生理功能的蛋白質(zhì)。這一逆轉(zhuǎn)有助于從根源上治療一些由G向A突變引發(fā)的疾病。

在此基礎(chǔ)上，張鋒教授團隊通過進化ADAR2酶，使其擁有了全新的功能，即借助失活的 Cas13 引導(dǎo)，將RNA 中的C轉(zhuǎn)化為U，與此同時，它原先將A轉(zhuǎn)化為I的功能也得到了保留。RESCUE使RNA編輯可靶向的致病性突變數(shù)量加倍。

圖片來源：Science

張鋒教授說：“為了治療導(dǎo)致疾病的多種不同遺傳變異，我們需要一系列精準(zhǔn)技術(shù)以供選擇。通過開發(fā)這種全新的酶，并將其與CRISPR系統(tǒng)的可編程性與精準(zhǔn)性進行整合，我們能填補工具箱中的一個巨大空缺?！?/span>

ADAR2酶定向進化方法示意圖。圖片來源：Science

RESCUE的潛力

RESCUE大大擴展了CRISPR工具能夠靶向的范圍，包括許多蛋白質(zhì)活性和功能的位點（如磷酸化、糖基化和甲基化）。這些位點充當(dāng)?shù)鞍谆钚蚤_啟/關(guān)閉的開關(guān)，主要存在于信號分子和癌癥相關(guān)通路中。

為了測試RESCUE的潛力，研究團隊進一步在人類細(xì)胞中對多個關(guān)鍵RNA進行了編輯。

RNA編輯的一個主要優(yōu)勢是它的可逆性，而DNA水平的變化是永久性的。因此，在可能需要臨時而非永久性修改的情況下，RESCUE可以發(fā)揮其獨特優(yōu)勢。

為了證明這一點，研究團隊在人類細(xì)胞中使用RESCUE靶向編碼β-catenin的RNA特定位點（已知其在蛋白質(zhì)產(chǎn)物上被磷酸化），短期激活該蛋白并促進細(xì)胞生長。

如果這種改變是永久性的，就會導(dǎo)致細(xì)胞不受控的生長，甚至是癌癥。但使用RESCUE系統(tǒng)編輯RNA，細(xì)胞的短期生長則可以被用來促進傷口愈合，以應(yīng)對急性損傷。

利用RESCUE系統(tǒng)編輯RNA以短期激活β-catenin蛋白，促進細(xì)胞生長。圖片來源：Science

此外，一些細(xì)胞類型，如神經(jīng)元，很難通過CRISPR/CAS9進行編輯，因此需要新的策略來治療影響大腦的破壞性疾病。

這里，研究人員瞄準(zhǔn)了一種晚發(fā)性阿爾茨海默病的遺傳危險因素APOE4。APOE2與APOE4之間只有微小的差異，但前者卻不是危險因素。研究人員通過RESCUE技術(shù)將風(fēng)險相關(guān)的 APOE4 RNA 中的C轉(zhuǎn)化為U，從而將其轉(zhuǎn)化為非危險因素APOE2。

總的來說，RESCUE是一個可編程的基礎(chǔ)編輯工具，能夠精確地將C轉(zhuǎn)換為U，它為RNA靶向工具包增添了新的基礎(chǔ)編輯功能，也為擴展遺傳疾病的建模和潛在療法鋪平了道路。

小結(jié)