Science：“魔剪” CRISPR可用于编辑人类细胞RNA单个碱基
Broad研究所的张锋是CRISPR领域的大神级科学家。继本月初在Nature杂志发表重要论文证实“新魔剪”CRISPR/Cas13a能够用于编辑哺乳动物细胞RNA后，10月25日，他带领的团队又在Science上发表了一项最新成果。论文描述了一种可编辑人类细胞RNA单个碱基的全新基因编辑系统！
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与目前被全球科学家广泛使用的编辑DNA的Cas9酶不同，张锋团队最早在去年6月的一篇Science论文中首次证实，Cas13a酶能够用于切割细菌中特定的RNA序列。之后，Cas13酶家族迅速成了该领域研究者们关注的一个热点方向。
10月4日，张锋团队又用1篇Nature论文证实了CRISPR/Cas13a能够在哺乳动物细胞中“编辑RNA”。研究发现，一种被称为LwaCas13a的酶使研究者们能够以比当前的RNA敲低工具更强的特异性在目标RNA上切割特定的位点。
Broad研究所的报道称，证实CRISPR-Cas13a能够在哺乳动物细胞中安全、有效地“工作”是利用该系统研究人类生物学和疾病的非常关键的一步。而最新发表的这篇Science论文中描述的能够编辑人类细胞RNA单个碱基的全新基因编辑系统——REPAIR——无疑是该领域的又一重要进展。因为，这类基因编辑具有治疗人类疾病但不会永久影响基因组的潜能。
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1、全新系统，如何设计？
REPAIR的全称为RNA Editing for Programmable A to I Replacement。为了创建这一系统，研究人员筛选了CRISPR-Cas13酶家族，最终选择了来自普氏菌属细菌（Prevotella bacteria）的PspCas13b。然后，他们设计了PspCas13b的一种失活突变体。该突变体虽然能够结合特定的RNA片段，但是失去了 “剪刀”活性。研究小组将这种突变体与一种叫做ADAR2的蛋白质融合在一起。ADAR2能够将RNA中的A转变成I。
总结来说，在REPAIR系统中，失活的PspCas13b酶负责找出RNA上的目标序列，而ADAR2负责执行碱基转换（A-to-I）。
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2、A变成I，有何意义？
那么，A是什么？I是什么？将A转变为I又有何意义呢？在回答这些问题前，我们先回顾一下关于RNA的一些基本概念。RNA，即核糖核酸，是由“核糖核苷酸”经磷酸二酯键缩合而成长链状分子。一个核糖核苷酸分子由磷酸，核糖和碱基构成。RNA的碱基主要有4种：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U）。
根据前文的介绍，REPAIR系统的功能是将A转变为I。I是inosines的缩写，中文翻译为肌苷，能够被细胞识别为G。事实上，在人类疾病中，从G到A的突变是非常普遍的。这种突变与局灶性癫痫、杜氏肌营养不良症以及帕金森病等疾病有关。REPAIR系统有望能够在不影响附近其它核苷酸的前提下，逆转任何致病G-to-A突变的影响，并且，这种操作有可能在任何细胞类型中实现。
Credit : Broad Communications, Susanna M. Hamilton
3、实际操作，效率如何？
研究中，为了提高这类新基因编辑系统的特异性，科学家们还开发了升级版的REPAIRv2。这使得在全转录组中可检测到的脱靶编辑（即，没有实现预想的编辑）从18,385降低至仅20个。此外，研究还证实，REPAIRv2能够实现对一个目标RNA最高达51%的理想编辑（desired edit）。
为了证明REPAIR的治疗潜力，研究小组合成了导致Fanconi贫血症和X连锁肾源性尿崩症（X-linked nephrogenic diabetes insipidus）的致病突变，并将它们引入到人类细胞中，且最终成功在RNA水平修复了这些突变。
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4、展望未来，有何计划？
与DNA编辑所引发的基因组的永久改变不同，RNA编辑提供了一种更安全、更灵活的在细胞中纠正“错误”方法。论文的共同第一作者Omar Abudayyeh说：“这一系统的成功是令人鼓舞的。”
张锋认为，纠正致病突变是基因组编辑技术发展的主要目标之一。为了推动REPAIR在疾病治疗中的应用，研究小组计划进一步提高系统的有效性。此外，他们也在探索能够实现其它类型碱基之间转变的基因编辑工具。
最后，值得一提的是，Broad研究所官网新闻表示，张锋及其所在机构计划广泛共享REPAIR系统，使这项技术免费用于学术研究。
参考资料：
1)Researchers engineer CRISPR to edit single RNA letters in human cells
2)RNA editing with CRISPR-Cas13
3)核糖核酸
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