全面評(píng)估單堿基編輯技術(shù)mRNA脫靶風(fēng)險(xiǎn)
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撰文 | 黃宇翔
責(zé)編 | 陳曉雪
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許多嚴(yán)重的疾病來(lái)自基因突變，因此基因編輯技術(shù)的進(jìn)步為脊髓性肌營(yíng)養(yǎng)不良、地中海貧血、視網(wǎng)膜黃斑變性等遺傳性疾病患者帶來(lái)了希望。[1]
但是，在將體細(xì)胞基因編輯技術(shù)向臨床推進(jìn)、造福患者的道路上，研究者對(duì)技術(shù)潛在的安全性問(wèn)題必須小心謹(jǐn)慎，在臨床試驗(yàn)以前對(duì)風(fēng)險(xiǎn)做充分的評(píng)估。脫靶效應(yīng)始終是懸掛在利用基因編輯技術(shù)進(jìn)行疾病治療頭上的 “達(dá)摩克利斯之劍”?；蚓庉嫾夹g(shù)的脫靶效應(yīng)又可以細(xì)分為基因組和轉(zhuǎn)錄組兩個(gè)層面，此前的大量研究都關(guān)注于基因編輯技術(shù)在基因組層面對(duì)于DNA的脫靶效應(yīng)分析。[1-3]
在2019年6月10日上線的《自然》雜志上，中國(guó)神經(jīng)科學(xué)研究所的楊輝博士與其合作者，對(duì)于單堿基編輯技術(shù)（在CRISPR/Cas9 基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的一類基因編輯技術(shù)）在 mRNA 水平上的脫靶效應(yīng)進(jìn)行了全面細(xì)致的分析，發(fā)現(xiàn)即使目前領(lǐng)域內(nèi)最先進(jìn)的單堿基編輯工具 BE3 和ABE7. 10，也都存在不容忽視的 mRNA 脫靶效應(yīng)。楊輝團(tuán)隊(duì)通過(guò)引入點(diǎn)突變的方法，對(duì)現(xiàn)有的單堿基編輯工具進(jìn)行了改良，獲得了 mRNA 脫靶率較低的單堿基編輯工具。這一具有更高精度的工具，將為未來(lái)單堿基編輯工具應(yīng)用于臨床治療打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。[4]
研究者以 HEK293T 細(xì)胞系為模型開(kāi)展本項(xiàng)研究。通過(guò)對(duì)混合細(xì)胞和單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄本進(jìn)行測(cè)序分析，研究者發(fā)現(xiàn)表達(dá)單堿基編輯工具BE3和ABE7. 10都會(huì)顯著提升 mRNA 中突變的數(shù)目。對(duì)所引發(fā)的突變序列進(jìn)行分析，研究者發(fā)現(xiàn)這些突變?cè)谝恍┰┗蚝鸵职┗蛑懈患潭缺容^高，這意味著未來(lái)的研究者在試圖將單堿基編輯技術(shù)應(yīng)用于臨床時(shí)，需要對(duì)該技術(shù)誘發(fā)癌癥的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。[4]
為了降低現(xiàn)有工具的 mRNA 脫靶率，研究者通過(guò)突變優(yōu)化和嘗試人源結(jié)構(gòu)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(yōu)化版單堿基編輯工具。這些新工具能將檢測(cè)到的RNA突變率降低到與陰性對(duì)照相近的水平，其表現(xiàn)超過(guò)了此領(lǐng)域領(lǐng)軍科學(xué)家 David Liu 團(tuán)隊(duì)和 Keith Joung團(tuán)隊(duì)為降低mRNA脫靶率而獨(dú)立開(kāi)發(fā)的優(yōu)化版本。[4-6]
不同于構(gòu)成基因組的 DNA，mRNA 在細(xì)胞中存在很多個(gè)拷貝，那為什么少數(shù)一些mRNA的異常會(huì)引起研究者如此高度的重視？“RNA的脫靶效應(yīng)會(huì)影響正常細(xì)胞的功能?！?該項(xiàng)研究的通訊作者楊輝告訴《知識(shí)分子》?！叭绻L(zhǎng)期造成RNA的脫靶效應(yīng)，比如在AAV（腺相關(guān)病毒）介導(dǎo)的成體基因治療中”，細(xì)胞內(nèi)RNA的突變會(huì)影響細(xì)胞的正常生長(zhǎng)，甚至可能會(huì)有致癌風(fēng)險(xiǎn)。[7-9]
參考文獻(xiàn)：
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[5] Grünewaldet al., (2019) Transcriptome-wide off-target RNA editing induced byCRISPR-guided DNA base editors. Nature. DOI: 10.1038/s41586-019-1161-z
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