利用环形RNA，魏文胜团队实现更精准、更高效的RNA编辑

随着人类基因组学的发展，越来越多人类遗传病基因被相继发现，通过改变遗传病患者的基因序列从而从根本上治愈人类遗传病也由此成为了一种很有前景的治疗方法。 最近，各种可编程的、特定位点的基因信息操作工具的开发，为纠正致病基因突变创造了机会，例如David Liu （刘如谦） 等开发的DNA碱基编辑器。但值得注意的是，DNA编辑可能诱发可遗传的、永久性的脱靶突变，这极大地限制了DNA碱基编辑器在人体内的应用。 相比之下，RNA编辑只会瞬时改变由DNA转录而来的mRNA，从而避免了DNA编辑所带来的潜在安全和伦理问题，因此，近年来RNA编辑技术开始兴起。 2019年，北京大学魏文胜课题组在 Nature Biotechnology 发表论文报导了新型RNA编辑技术LEAPER【1】。与以CRISPR为基础的DNA或者RNA编辑技术不同，LEAPER仅需要在细胞中表达特殊设计的RNA（ADAR-recruiting RNA, arRNA）即可招募细胞中内源脱氨酶ADAR，实现靶向目标RNA中腺苷A→肌苷I（鸟苷G）的编辑。 由于无需引入外源编辑酶或效应蛋白，避免了由此引起的递送以及相关的免疫原性等问题。另外作为RNA精准编辑工具，LEAPER不会引起基因组序列改变，在安全性方面具有优势。尽管LEAPER在科研和疾病治疗中具有可观的潜力，该技术还存在一定的局限：一是 LEAPER利用的是内源编辑酶，其编辑效率会因此受限 ；另外，具有一定长度的 arRNA可能使目标编辑位点邻近的碱基发生脱靶编辑 ，因此该技术亟需优化升级。 2022年2月10日，北京大学魏文胜课题组在 Nature Biotechnology 期刊发表了题为：Engineered circular ADAR-recruiting RNAs increase the efficiency and fidelity of RNA editing in vitro and in vivo 的研究论文【2】。 该研究发现，通过优化表达载体中的启动子增强arRNA表达可以显著提升LEAPER系统的编辑效率，表明arRNA在细胞中的丰度对于编辑效率十分重要。然而线性arRNA在细胞内容易被降解的特点成为了制约因素。 为了克服这一问题，课题组通过设计并运用可招募ADAR的 环形RNA （circular ARAR-recruiting RNA, circ-arRNA），实现了RNA编辑效率大幅提升，并显著降低了脱靶效应，提高了编辑精准度。 环形RNA 没有5'或3'末端，可以避免核酸外切酶的切割，在细胞内相比于线性RNA具有更好的稳定性和更长的半衰期。研究发现，circ-arRNA能够维持较长时间的高水平表达。在多个内源转录本位点中，circ-arRNA平均编辑效率相比于线性版本提升了超过3倍，同时也可维持长达近半个月的有效编辑。 通过腺相关病毒（AAV）递送，遗传编码的circ-arRNA可以在人的原代细胞和类器官中实现长时程的RNA编辑。另外，体外合成的circ-arRNA也可实现高效的靶向编辑，并且与遗传编码的circ-arRNA具有类似的特征。

图 一、Circ-arRNA在内源转录本上实现高效、精准的编辑 由于ADAR蛋白的底物为双链RNA，靶向RNA与circ-arRNA形成的双链区域内的腺苷酸会有不同概率的脱氨风险。消除这种邻近碱基的脱靶编辑（bystander off-target editing）是实现更加精准的单碱基编辑的关键。 进一步研究发现，当删除arRNA或circ-arRNA上非靶向腺苷酸对面的核苷酸后，可以有效避免非靶向腺苷酸的编辑。据此重新设计的circ-arRNA在内源转录本上基本消除了双链RNA区域内目标转录本上的脱靶，同时维持了较高的精准靶向编辑效率。 近期，德国蒂宾根大学 Thorsten Stafforst 课题组报道了名为CLUSTER的RNA编辑技术【3】，该技术虽然降低了邻近碱基的脱靶编辑效率，但是其靶向编辑效率仍处于和线性arRNA类似的水平。 与此相比，circ-arRNA不仅提升了RNA编辑效率，还消除了邻近碱基的脱靶编辑，魏文胜团队将这一升级版技术被命名为LEAPER 2.0。

图二、LEAPER 2.0：通过工程化的circ-arRNA实现高效、精准的RNA编辑 接下来对LEAPER 2.0应用潜能的评估显示，circ-arRNA可以成功激活Wnt信号通路，修复TP53基因中的致病突变使其表达的p53恢复转录调节功能。使用AAV将circ-arRNA递送至Hurler综合征疾病模型小鼠体内，可以成功修复Idua致病突变并恢复IDUA的酶活。这些结果表明，LEAPER 2.0在科研和疾病治疗中具有令人期待的优势与潜能。 魏文胜教授表示，LEAPER 2.0版本经过多重设计改造，在体外和体内均大幅提升了编辑效率，同时降低了脱靶效应。LEAPER在科学研究、疾病治疗等方面拥有可观的优势和潜能，我们一直致力于不断提升其效率和精准性，从而不断拓展其在疗法开发和基础研究方面的应用潜力。 博雅辑因首席执行官魏东博士表示， LEAPER™相较于其他基因编辑技术具有独特优势。 针对LEAPER™ 2.0，已经在通过AAV递送的多个临床前研究模型中取得了令人兴奋的数据，实现了其向体内RNA编辑疗法转化的概念验证，目前 已经与国内外顶尖科研机构就该技术的进一步转化达成了研究合作，并将继续发挥产学研结合的优势，加速推进该项技术的转化，以尽早将创新疗法带给中国乃至全球患者。 北京大学魏文胜课题组博士研究生伊宗裔（CLS）、博士后璩良和博士研究生唐慧贤（BIOPIC）为该论文的共同第一作者。该研究项目得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、北京市科委生物医学前沿创新推进项目、北京未来基因诊断高精尖创新中心、北大-清华生命科学联合中心以及中国博士后科学基金的支持。

论文链接：

1.https://www.nature.com/articles/s41587-019-0178-z

2.https://www.nature.com/articles/s41587-021-01180-3

3.https://www.nature.com/articles/s41587-021-01105-0 

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