2022-03-03

Nat Biotech | 环状向导RNA募集内源性ADAR进行高效RNA编辑

原创 图灵基因 图灵基因 

收录于话题#前沿分子生物学技术

RNA编辑技术作为治疗遗传性疾病的基因疗法具有巨大的前景。该过程需要使用外源性导向RNA来招募作用于RNA（ADAR）酶的腺苷脱氨酶来编辑细胞RNA。但目前的导向RNA设计导致编辑效率低下。

在一项概念验证研究中，研究人员设计了环状ADAR招募向导RNA（cadRNA），作者指出，“无需共同递送任何外源蛋白质即可实现更有效的可编程腺苷到肌苷RNA编辑。”该团队继续表明，该技术可以通过纠正导致疾病的RNA突变，来治疗Hurler综合征的小鼠模型，这是一种罕见的遗传疾病。这项研究可以使修复导致疾病的RNA突变变得更加简单，同时又不影响精确度或效率。

这一发现发表在《Nature Biotechnology》杂志上的一篇题为“Efficient in vitro and in vivo RNA editing via recruitment of endogenous ADARs using circular guide RNAs”的论文中。

该技术的特别之处在于，它能有效利用人体细胞中自然产生的RNA编辑酶。这些酶ADAR与RNA结合，并将一些腺苷（A）碱基转化为肌苷（I），肌苷被细胞的翻译机器解读为鸟苷（G）。

研究人员一直在探索利用ADAR进行RNA编辑的方法，以纠正囊性纤维化、Rett综合征和Hurler综合征等遗传疾病背后的G-to-A突变。为了使用ADAR对RNA进行有针对性的A-to-I（或本质上是A-to-G）编辑，需要一个引导RNA来引导ADAR到达目标并在那里进行所需的更改。

加州大学圣地亚哥分校Jacobs工程学院的生物工程教授Prashant Mali博士解释说，这种方法的一大挑战是，传统的向导RNA在使用细胞中的天然ADAR方面效率不高，因此它们需要将外部ADAR带入细胞中才能发挥作用。“但这样做的问题是。”他补充道，“这会使交付变得复杂。而且可能会导致更多的偏离目标。”

为了克服这些问题，Mali及其同事设计了一种新型的向导RNA，这种RNA在招募细胞自身的ADAR以在精确的目标RNA区域进行编辑方面非常有效。

“我们可以简单地在细胞内输送一小段RNA并在体内修复突变。我们不必提供任何额外的酶。”Mali说。

该团队设计了导向RNA，以针对导致Hurler综合征的单一G-to-A突变。这种突变阻止身体产生分解复杂糖所必需的酶。这些糖的积累会导致严重的组织损伤、骨骼异常、认知障碍和其他严重的健康问题。将导向RNA系统性注射到患病小鼠体内，两周后校正了7%到17%的突变RNA，并使复合糖的积累减少了33%。

使新的引导RNA有效的一个方面是，它们比传统的引导RNA更长。“这基本上使细胞中已经存在的ADAR更容易粘附，并与它们结合。”Mali说。其他独特的设计特征使它们比传统的导向RNA更稳定、更精确。它们可以持续数天并在目标RNA区域停留更长的时间，而RNA通常会被细胞迅速破坏。这是因为这些导向RNA是以圆形分子而不是线性分子的形式构建的；环状结构使它们对细胞的RNA降解酶具有抵抗力。就精确度而言，这些导向RNA只允许在目标A处发生变化，而不允许在附近的任何其他位置发生变化。他们通过在目标RNA区域的预定点折叠成环结构来实现这一点，这可以防止脱靶的As被编辑。

Mali说，这项研究仍处于早期阶段，“这种RNA编辑技术将如何在灵长类动物中发挥作用还有待观察。”该团队的下一步工作将集中于改善导向RNA进入细胞的传递。

“我希望这项工作为RNA编辑作为另一种基因治疗工具打开更多的大门。”Mali说。由Mali共同创立的一家位于西雅图的生物技术初创公司Shape Therapeutics正在努力将Mali实验室开发的这项技术和其他几种RNA编辑技术转化为临床应用。