2019年7月16日，北京大學魏文勝課題組以長文形式在Nature Biotechnology雜志在線發(fā)表了題為Programmable RNA editing byrecruiting endogenous ADAR using engineered RNAs的研究論文，首次報道了名為LEAPER的新型RNA 單堿基編輯技術(shù)。與傳統(tǒng)的核酸編輯技術(shù)需要向細胞同時遞送編輯酶（如Cas蛋白）及向?qū)NA不同，LEAPER系統(tǒng)僅需要在細胞中表達向?qū)NA即可招募細胞內(nèi)源脫氨酶實現(xiàn)靶向目標RNA的編輯。利用該技術(shù)，研究人員在一系列疾病相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄本中實現(xiàn)了高效、精準的編輯，并成功修復了來源于Hurler綜合征病人的α-L-艾杜糖醛酸酶缺陷細胞。該技術(shù)的建立為生命科學基礎研究和疾病治療提供了一種全新的工具。

魏文勝課題組在研究中首次發(fā)現(xiàn)，只需轉(zhuǎn)入一條特殊設計的RNA （arRNA, ADAR-recruiting RNA），就能夠通過招募細胞內(nèi)源的ADAR1 蛋白對靶向基因轉(zhuǎn)錄本上特定的腺苷產(chǎn)生高效精準的編輯，并不需要引入任何外源效應蛋白。ADAR1基因敲除與回補實驗和高通量測序分析表明，細胞內(nèi)源的ADAR1 蛋白介導了這一過程。這種新型RNA編輯技術(shù)被命名為LEAPER （Leveraging Endogenous ADAR for Programmable Editing on RNA）。

深入研究表明LEAPER具有廣泛的適用性，能對RNA分子上絕大多數(shù)的腺苷酸位點進行精準編輯。在人的原代細胞-包括肺成纖維細胞、支氣管上皮細胞及T細胞中，LEAPER的編輯效率最高可達80%，顯示出該技術(shù)在疾病治療中巨大的應用前景。在諸多應用嘗試中，LEAPER的高效、精準的特性得到充分驗證。比如LEAPER可以通過修復抑癌基因TP53中的致病突變來恢復p53突變體的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能。此外，在Hurler綜合征患者來源的原代細胞中，LEAPER能夠成功修復致病突變，并恢復細胞中的α-L-艾杜糖醛酸酶的催化活性。

近期的研究表明，DNA單堿基編輯技術(shù)，包括胞嘧啶堿基編輯器和腺嘌呤堿基編輯器在RNA或DNA水平上產(chǎn)生了嚴重的脫靶現(xiàn)象，引發(fā)人們對其安全性的擔憂。利用RNA-Seq技術(shù)在轉(zhuǎn)錄組水平對LEAPER技術(shù)進行的評估，沒有觀測到明顯的脫靶現(xiàn)象，顯示了新技術(shù)的高度特異性。另外，LEAPER不影響內(nèi)源ADAR蛋白的正常功能，也不會激活細胞中的天然免疫反應，表明其是一類安全的基因編輯工具。

與RNAi類似，LEAPER充分利用了細胞中天然存在的機制：僅用一條RNA 就實現(xiàn)了精確高效的RNA單堿基編輯，從而避免了任何由于表達外源效應蛋白而引起的各種潛在問題。這種新型的基因編輯技術(shù)在科學研究和疾病治療中顯示出可觀的優(yōu)勢與潛能，同時也為發(fā)展基于細胞內(nèi)源機制的基因編輯技術(shù)指明了方向。近期，Thorsten Stafforst課題組報道了命名為RESTORE（recruiting endogenous ADAR to specific transcripts foroligonucleotide-mediated RNA editing） 的RNA編輯方法。與LEAPER類似，RESTORE也能夠利用內(nèi)源ADAR進行靶向RNA的精準編輯；不同之處在于，RESTORE中的向?qū)NA是一段化學合成的寡核苷酸，為保持其穩(wěn)定性，需要進行大量化學修飾。而LEAPER可以通過穩(wěn)定表達的方式在細胞內(nèi)發(fā)揮作用，因此適用于裝載至腺相關(guān)病毒 （AAV）、慢病毒等載體中，在遞送至機體后持續(xù)發(fā)揮功能。

研究背景

近年來，以CRISPR/Cas9為代表的基因組編輯技術(shù)在生物醫(yī)學等諸多領域產(chǎn)生了深遠的影響，但該技術(shù)目前存在的一系列問題使其在臨床治療應用中遭遇瓶頸。問題的根源之一在于當前的基因編輯體系依賴于外源編輯酶或效應蛋白的表達，從而造成：（1） 蛋白分子量過大使得通過病毒載體進行裝載及人體內(nèi)遞送十分困難；（2） 由蛋白過表達引起的DNA/RNA水平的脫靶效應；（3） 由外源蛋白表達引起的機體免疫反應及損傷；（4） 機體內(nèi)的預存抗體使外源編輯酶或效應蛋白被中和從而導致基因編輯失敗等。為解決上述問題，亟需建立新型基因編輯工具，特別是擺脫傳統(tǒng)技術(shù)依賴于外源蛋白表達的桎梏。

ADAR（Adenosine deaminase acting on RNA） 是一類在人體內(nèi)各組織中廣泛表達的腺苷脫氨酶，能夠催化RNA分子中腺苷A→肌苷I（鳥苷G）的轉(zhuǎn)換。相比DNA編輯，RNA編輯不需要對基因組序列進行永久性改變，這種可逆的、易于調(diào)控的編輯方式在安全性上可能更具優(yōu)勢。麻省理工學院張鋒課題組曾報道，過表達Cas13-ADAR融合蛋白及向?qū)NA可以實現(xiàn)靶向目標RNA的精準編輯，但是該方法無法解決外源蛋白表達造成的問題。