6月11日，《自然》期刊在線發(fā)表了題為《DNA單堿基編輯技術(shù)引起RNA脫靶及其通過(guò)突變消除RNA活性》的研究論文，該研究由中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）、上海腦科學(xué)與類(lèi)腦研究中心、神經(jīng)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院靈長(zhǎng)類(lèi)神經(jīng)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室楊輝研究組、四川大學(xué)華西二院/生命科學(xué)學(xué)院郭帆研究組和中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所隸屬的計(jì)算生物學(xué)研究所（中國(guó)科學(xué)院-馬普學(xué)會(huì)計(jì)算生物學(xué)伙伴研究所）李亦學(xué)研究組合作完成，該研究通過(guò)全轉(zhuǎn)錄組RNA測(cè)序發(fā)現(xiàn)DNA編輯工具單堿基編輯技術(shù)存在大量的RNA脫靶，首次證明了BE3、BE3-hA3A和ABE7.10等多個(gè)單堿基編輯技術(shù)均存在大量的RNA脫靶，并且ABE7.10還會(huì)導(dǎo)致大量的癌基因和抑癌基因突變，具有較強(qiáng)的致癌風(fēng)險(xiǎn)。該研究進(jìn)而通過(guò)點(diǎn)突變的方式對(duì)三種單堿基編輯工具進(jìn)行突變優(yōu)化，使其完全消除RNA脫靶的活性，首次獲得三種更高精度的單堿基編輯工具，為單堿基編輯基礎(chǔ)進(jìn)入臨床治療提供了重要的基礎(chǔ)。
　　單堿基編輯技術(shù)是一種是自2012年CRISPR/Cas9技術(shù)被發(fā)現(xiàn)以來(lái)最寄予厚望的高精度基因編輯技術(shù)，其中一種單堿基編輯技術(shù)BE3可以在不切斷DNA雙鏈的情況下精確地引入由C/G到T/A的點(diǎn)突變，另外一項(xiàng)單堿基編輯技術(shù)ABE7.10可以由T/A突變成C/G的技術(shù)，對(duì)于基因突變導(dǎo)致的遺傳疾病的治療具有重大意義。90%的罕見(jiàn)病無(wú)藥可治，而單堿基編輯技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)非常高精度的目標(biāo)打靶，因此單堿基編輯技術(shù)相繼成為脊髓性肌營(yíng)養(yǎng)不良、地中海貧血、血友病、視網(wǎng)膜黃斑變性、遺傳性耳聾等罕見(jiàn)病基因治療的熱門(mén)工具之一。
　　楊輝團(tuán)隊(duì)今年3月在《科學(xué)》雜志報(bào)道單堿基編輯技術(shù)BE3存在全基因組范圍內(nèi)的脫靶，引起了廣泛的關(guān)注，已有的研究對(duì)于基因編輯工具的脫靶檢測(cè)都瞄準(zhǔn)在DNA水平。而楊輝團(tuán)隊(duì)這次將DNA編輯工具脫靶的檢測(cè)范圍擴(kuò)展到RNA水平，首次證明常用的三種單堿基編輯技術(shù)均存在大量的RNA脫靶，通過(guò)精巧的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)證明了RNA脫靶主要是由于融合在Cas9上的脫氨酶導(dǎo)致。并且發(fā)現(xiàn)被寄予厚望的ABE7.10存在大量的RNA脫靶，并高頻率地發(fā)生在癌基因和抑癌基因上。
　　通過(guò)對(duì)混合細(xì)胞和單細(xì)胞水平的RNA突變位點(diǎn)進(jìn)行分析，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)RNA突變位點(diǎn)和目的靶向序列沒(méi)有相關(guān)性，是由脫氨酶產(chǎn)生的隨機(jī)脫靶位點(diǎn)。因此，此前已經(jīng)被應(yīng)用到多種疾病模型上成功糾正遺傳突變的單堿基編輯工具存在無(wú)法預(yù)測(cè)的RNA脫靶，有較大的致癌風(fēng)險(xiǎn)。
　　為了獲得更加精準(zhǔn)的單堿基編輯工具，楊輝團(tuán)隊(duì)對(duì)單堿基編輯的胞嘧啶脫氨酶和腺嘌呤脫氨酶分別進(jìn)行了突變優(yōu)化，最終獲得能夠完全消除RNA脫靶并且維持DNA編輯活性的高精度單堿基編輯工具。除此之外，楊輝團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的ABE（F148A）突變體還能夠縮小編輯窗口，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的DNA編輯。該技術(shù)在特異性和精確性上超越了ABE7.10，有望在未來(lái)成為一種更加安全、更加精準(zhǔn)的基因編輯工具。
　　該項(xiàng)工作由腦智卓越中心博士研究生周昌陽(yáng)、計(jì)算生物學(xué)所博士研究生孫怡迪、四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院學(xué)生燕蕊、上?？萍即髮W(xué)生命學(xué)院博士研究生劉亞京、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所研究員左二偉等科研人員，在腦智卓越中心楊輝、四川大學(xué)郭帆、腦智卓越中心周海波、計(jì)算生物學(xué)所李亦學(xué)的共同指導(dǎo)下完成，課題組其他成員積極參與，并得到腦智卓越中心流式分選平臺(tái)、中科院巴斯德研究所流式分選平臺(tái)的大力協(xié)助，是眾多課題組合作的成果。該工作得到國(guó)家高科技研發(fā)項(xiàng)目、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、上海市科技重大項(xiàng)目、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)項(xiàng)目等的資助。
 
科學(xué)家開(kāi)發(fā)更高精度的單堿基基因編輯工具