泼冷水?Nature:单碱基编辑会导致RNA脱靶变异
2019/04/22
基因编辑技术应用还需谨慎。


The enzyme that gives a powerful tool known as a “base editor” the ability to change DNA also has an off-target effect on RNA (above). NOBEASTSOFIERCE SCIENCE/ALAMY STOCK PHOTO

2016年,来自哈佛大学/Broad研究所的David R. Liu教授团队在《Nature》上发表了一项突破性成果——改造CRISPR-Cas9技术,研发出首个可编辑DNA单个碱基“魔剪”技术CBE(Cytosine Base Editor),可以将C-G碱基对转变成T-A碱基对。时隔一年,该团队再次升级,获得可将A-T碱基对转变成G-C碱基对的碱基编辑器ABE(Adenine Base Editor)。

相比于传统切割DNA双链的CRISPR/Cas9技术相比,单碱基编辑器以脱氨酶来修饰特定的核苷酸,从而可靶向特定DNA(例如将胞嘧啶改变为胸腺嘧啶),其编辑效果更为精准,所以在疾病治疗、缺陷修复上被寄予了更大的希望。

然而现在,一样是发表在《Nature》期刊上的一项新研究却表明,单碱基编辑同样面临“脱靶”风险,会造成RNA突变。这可能会增加基于该技术的疗法的风险和复杂性,并妨碍其他应用。


https://doi.org/10.1038/s41586-019-1161-z

CRISPR技术有很大的潜能,但是也存在很多潜在的安全问题,其中最为突出的就是脱靶效应(即编辑范围之外的DNA),但是过去的研究并没有探究其对RNA的影响。

在这项新研究中,来自麻省总医院的病理学家和分子生物学家J. Keith Joung和团队筛选了常见的单碱基编辑系统,将其应用于人类肝脏和肾脏细胞。结果显示,脱氨酶会改变RNA,将其胞嘧啶(cytosines)转变成尿嘧啶(uracil),从而导致蛋白质编码和非编码序列的突变。而且这种突变数量是成千上万的。


J. Keith Joung教授

“这个结果提醒我们,当考虑基因编辑的脱靶效应时,需要考虑得不仅仅是遗传改变。” J. Keith Joung强调道。他们并不认为这是给单碱基编辑器泼冷水,而是提醒改量版的CRISPR-需要进一步完善才能安全地应用于基础研究和临床。

欣慰的是,Keith Joung团队发现,通过优化两种单碱基编辑的关键酶,可以大大减少RNA脱靶效应,将RNA变异率减少390倍和3800倍。而且,这些改良酶表现出更精准的DNA编辑效率。

David R. Liu教授对此表示,他自己的实验室也 对RNA脱靶效应进行了水平,发现其变异水平低于Keith Joung研究的水平。他认为,一些差异可能与分析方式有关,而不是单碱基编辑的真是差异。“或许我们可以设计仅适用于RNA或者DNA的碱基编辑。”他预期道。

参考资料:

【1】Transcriptome-wide off-target RNA editing induced by CRISPR-guided DNA base editors

【2】Base Editors Cause Off-Target Mutations in RNA

【3】Powerful CRISPR cousin accidentally mutates RNA while editing DNA target

【4】CRISPR base editors can induce wide-ranging off-target RNA edits

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