Science：張鋒團隊免費開源給學術研究！升級版CRISPR拓展RNA功能編輯

近日，張鋒團隊再次升級CRISPR基因編輯系統，升級版的CRISPR通過靶向特定的RNA能夠將致病蛋白扼殺在萌芽狀態。該研究發表在《Science》雜誌上。

DOI: 10.1126/science.aax7063

基因編輯新品發布

張鋒教授像極了基因編輯技術領域的「喬布斯」。張峰團隊在基因編輯從無到有、從有到優的過程中扮演了一個技術推動者的角色。此次張峰團隊再一次推出升級版的CRISPR採用的是一種叫做Cas13的蛋白酶。相比於傳統的Cas9或Cas12蛋白酶，採用Cas13能夠對RNA進行單鹼基的編輯。這進一步擴大了基因編輯的應用範圍。

CRISPR家族酶Cas13（粉紅色）位於RESCUE平台的核心 圖片來源：Stephen Dixon

麻省理工學院麥戈文研究所與哈佛大學張峰團隊合作開發出一種名為RESCUE的系統。它可以利用一種失活的Cas13酶靶向RNA轉錄副本上的胞嘧啶鹼基（C），從而指導改變RNA的指令。

升級版CRISPR的變與不變

RESCUE 系統是基於張鋒團隊先前開發的 REPAIR 技術改進而來。REPAIR能特異性地將RNA上的腺嘌呤（A）轉化為與鳥嘌呤（G）結構類似的肌苷（I）。在這個轉化過程中必不可少的關鍵便是ADAR2酶。

在先前的研究基礎上，張鋒教授團隊通過酶進化的方法賦予了ADAR2酶全新的功能。它能夠將RNA鹼基中的胞嘧啶（C）轉化為尿嘧啶（U）。與此同時，它保留了原先將A轉化為I的功能。研究人員將新的基因編輯系統應用於人體細胞發現，新升級的CRISPR可以靶向細胞中的天然RNA以及24個合成RNA中的突變體。

為何要對RNA進行編輯？

RESCUE成功激活β-catenin蛋白

選擇對RNA進行編輯的一個主要特點在於它的可逆性。與直接編輯DNA不同，RESCUE可以靶向特定β-catenin蛋白的RNA中的特定位點，進而刺激細胞生長。但是這種變化並不是永久性的。傳統的CRISPR編輯系統直接編輯DNA是一個永久性的改變，可能會導致細胞過度生長誘發癌症，但通過使用RESCUE，短暫的細胞生長就能夠起到會刺激傷口癒合應對急性損傷的作用。

成功轉變阿爾茨海默症的風險因子

研究人員還利用RESCUE系統對編碼APOE4的RNA進行編輯。據之前的研究表明，APOE4是導致阿爾茨海默症的風險因子。研究發現，APOE2蛋白與之相似但是相對無害，兩者之間只有兩個差異（APOE4中的C與APOE2中的U）。研究人員通過RESCUE系統，他們成功地將APOE4 RNA分子中的兩個字母從C變成了U，從而將風險因子轉變成了無害蛋白。

RESCUE大大擴展了基因編輯工具可以應用的領域，包括蛋白質中的可修飾位置，像是磷酸化位點。這些位點在蛋白質活動中起著開關的作用，在信號分子和癌症相關通路中尤為明顯。

張鋒表示：「為了治療引起疾病的基因變異的多樣性，我們需要一系列精確的技術來選擇。通過開發這種新的Cas13酶，並將其與CRISPR的可編程性和精確性結合起來，我們能夠填補一個關鍵空白。」

為了加速這一技術在臨床上的應用，張鋒教授課題組決定通過非營利性質粒平台Addgene免費提供給學術研究。任何從事基礎研究的科學家，都可以免費使用。更多信息可以在張鋒的實驗室的網頁上找到。

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參考資料：

[1] New CRISPR platform expands RNA editing capabilities

[2] A cytosine deaminase for programmable single-base RNA editing

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