全面評估單鹼基編輯技術mRNA脫靶風險

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撰文 | 黃宇翔

責編 | 陳曉雪

許多嚴重的疾病來自基因突變，因此基因編輯技術的進步為脊髓性肌營養不良、地中海貧血、視網膜黃斑變性等遺傳性疾病患者帶來了希望。[1]

但是，在將體細胞基因編輯技術向臨床推進、造福患者的道路上，研究者對技術潛在的安全性問題必須小心謹慎，在臨床試驗以前對風險做充分的評估。脫靶效應始終是懸掛在利用基因編輯技術進行疾病治療頭上的 「達摩克利斯之劍」。

基因編輯技術的脫靶效應又可以細分為基因組和轉錄組兩個層面，此前的大量研究都關注於基因編輯技術在基因組層面對於DNA的脫靶效應分析。[1-3]

2019年6月10日，《自然》雜誌上線的一篇論文顯示，中國科學家對於單鹼基編輯技術（在CRISPR/Cas9 基礎上開發的一類基因編輯技術）在 mRNA 水平上的脫靶效應進行了全面細緻的分析。研究者發現，即使目前領域內最先進的單鹼基編輯工具 BE3 和ABE7. 10，也都存在不容忽視的 mRNA 脫靶效應。他們通過引入點突變的方法，對現有的單鹼基編輯工具進行了改良，獲得了 mRNA 脫靶率較低的單鹼基編輯工具。這一具有更高精度的工具，將為未來單鹼基編輯工具應用於臨床治療打下堅實的基礎。[4]

本研究由中國科學院神經科學研究所、腦科學與智能技術卓越創新中心楊團隊，四川大學華西二院、生命科學學院郭帆團隊和中國科學院-馬普學會計算生物學夥伴研究所研究員李亦學團隊共同完成。

研究者以 HEK293T 細胞係為模型開展本項研究。通過對混合細胞和單細胞轉錄本進行測序分析，研究者發現表達單鹼基編輯工具BE3和ABE7. 10都會顯著提升 mRNA 中突變的數目。對所引發的突變序列進行分析，研究者發現這些突變在一些原癌基因和抑癌基因中富集程度比較高，這意味著未來的研究者在試圖將單鹼基編輯技術應用於臨床時，需要對該技術誘發癌症的風險進行評估。[4]

為了降低現有工具的 mRNA 脫靶率，研究者通過突變優化和嘗試人源結構域的方法，獲得了具有高DNA編輯效率、低RNA脫靶率的BE3W90A、BE3 (hA3AR128A)、BE3(hA3AY130F)、ABE7. 10F148A等優化版單鹼基編輯工具。這些新工具能將檢測到的RNA突變率降低到與陰性對照相近的水平，其表現超過了此領域領軍科學家David Liu團隊和Keith Joung團隊為降低mRNA脫靶率而獨立開發的優化版本。[4-6]

本圖由楊輝實驗室提供。

不同於構成基因組的 DNA，mRNA 在細胞中存在很多個拷貝，那為什麼少數一些mRNA的異常會引起研究者如此高度的重視？「RNA的脫靶效應會影響正常細胞的功能。」 該項研究的通訊作者之一楊輝告訴《知識分子》。「如果長期造成RNA的脫靶效應，比如在AAV（腺相關病毒）介導的成體基因治療中」，細胞內RNA的突變會影響細胞的正常生長，甚至可能會有致癌風險。[7-9]

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