来源:iNature
可编程RNA编辑工具能够对突变转录本进行可逆校正,从而降低与使用DNA编辑工具相关的永久性遗传变化相关的潜在风险。然而,这些RNA工具治疗疾病的潜力仍然未知。
年7月20日,复旦大学舒易来,李华伟及中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心杨辉共同通讯在在线发表题为“RescueofautosomaldominanthearinglossbyinvivodeliveryofminidCas13X-derivedRNAbaseeditor”的研究论文,该研究在肌球蛋白VIp.CY杂合突变()小鼠模型(该模型概括了人类显性遗传性耳聋的表型)中使用基于Cas13的RNA碱基编辑器评估了RNA校正疗法。该研究首先在培养细胞中筛选了几种基于Cas13的RNA碱基编辑器和靶向的引导RNA(gRNA),发现基于迷你dCas13X.1的腺苷碱基编辑器(mxABE)[由截短的Cas13X.1和作用于RNA2脱氨酶结构域变体(ADAR2dd)的RNA编辑酶腺苷脱氨酶组成],表现出高效率的AG转换和低频率的脱靶编辑。
单个腺相关病毒(AAV)介导的mxABE在耳蜗中的递送将突变的等位基因纠正为()等位基因,并导致小鼠的注射耳蜗中的等位基因增加。在向小鼠注射AAV-mxABE-Myo6后长达3个月,该治疗挽救了听觉功能,包括听觉脑干反应等。该研究还观察到与未处理的对照耳相比,处理后的毛细胞存活率增加,毛束形态退化减少。总之,该研究结果支持将RNA编辑治疗策略用于半显性疾病和潜在的隐性疾病。
另外,年4月26日,复旦大医院舒易来主任、李华伟教授和陈兵教授团队合作在生物医学领域期刊在线发表了题为“SpecificknockdownofHtra2byCRISPR-CasRxpreventsacquiredsensorineuralhearinglossinmice”的研究论文,该研究以基于CRISPR-CasRx的RNA基因编辑前沿技术对药物引起的后天性感音神经性耳聋成功干预,为CasRx技术在临床的应用提供了重要理论依据(点击阅读)。
年2月23日,复旦大学舒易来,李华伟,中国科学院上海神经科学研究所杨辉及中国农业科学院左二伟合作在在线发表题为“TreatmentofautosomalrecessivehearinglossviainvivoCRISPR/Cas9-mediatedoptimizedhomology-directedrepairinmice”的研究论文,该研究基于同源介导的末端连接(HMEJ)的策略,修复了小鼠(小鼠)常染色体隐性听力损失障碍。该研究的概念验证结果显示了进一步开发基于HMEJ的策略来修复导致遗传性听力损失以及其他人类遗传疾病的点突变的希望(点击阅读)。
定点RNA编辑技术通过引导RNA(gRNA)或目标RNA基因座上的gRNA-RNA结合蛋白复合物引导内源性或外源性脱氨酶介导A-to-I或C-to-U碱基转换,这是一种潜在的遗传疾病基因治疗方法。目前开发的RNA碱基编辑器广泛使用的脱氨酶是作用于RNA的腺苷脱氨酶(ADAR),包括ADAR1和ADAR2,它们在哺乳动物细胞中的双链RNA的同源底物(如GluR2mRNA)上识别A并将其转化为I。肌苷作为ADAR的催化产物,是腺苷的脱氨基形式,在mRNA翻译时被生化识别为鸟嘌呤。
早在年代,科学家们就设计了人工反义寡核苷酸(ASO),以招募内源性ADAR,进而成功安装A-to-I编辑,以纠正非洲爪蟾胚胎中肌营养不良蛋白RNA的过早终止密码子突变,这与最近开发的三种方法相呼应,包括GluR-ADAR、RESTORE(为寡核苷酸介导的RNA编辑招募内源性ADAR到特定转录本)和LEAPER(利用内源性ADAR对RNA进行可编程编辑)。然而,gRNA介导的内源性ADAR募集强烈依赖于在编辑细胞中表达的ADAR家族成员的丰度和底物特异性。招募内源性ADAR还取决于有效创建和引入ADAR识别的外源RNA结构,这可能会干扰内源性ADAR-RNA调节网络。此外,该方法不能用于C-to-U和其他类型的RNA碱基编辑。
用AAV-PHP.eB提供的mxABE在体内校正突变(图源自)
同时,通过分别用λ-噬菌体N蛋白和噬菌体MCP替换ADAR的内源性靶向结构域,进一步开发了内源性ADAR非依赖性RNA编辑系统λN-ADAR和MS2-MCP(MS2外壳蛋白)-ADAR。用于特定λN和MCP识别的同源发夹基序序列与引导序列融合,以实现定点A-to-I编辑。然而,对于λN-ADAR和MS2-MCP-ADAR,需要考虑显著的脱靶编辑。最近,以RNA为靶点的CRISPR-Cas13系统被重新用于高效的RNA碱基编辑,例如REPAIR(用于可编程A到I替换的RNA编辑)和RESCUE(用于特定C到U交换的RNA编辑)技术,恢复多功能RNA编辑模式的发展。
小鼠AAV-mxABE治疗后听力功能分析的图解工作流程(图源自)
REPAIR和RESCUE已显示出通过gRNA编程的脱氨酶活性对培养细胞中的突变转录物进行纠正基因突变的能力。然而,由于PspCas13b和ADAR蛋白的大尺寸特性,它们不适合使用单个腺相关病毒(AAV)载体进行体内递送。因此,从紧凑型Cas13蛋白衍生的迷你碱基编辑器被开发出来,并在A-to-I和C-to-U替换方面表现出高靶向和低脱靶效率。由于其紧凑的尺寸,迷你碱基编辑器[基于dCas13X的迷你腺嘌呤碱基编辑器(mxABE)]提供了通过单个AAV载体在体内治疗遗传疾病的潜力。
尽管λN-ADAR和MS2-MCP-ADAR的体内应用在恢复正常蛋白表达方面显示出有希望的编辑功效,但没有观察到明确的治疗效果。因此,RNA编辑工具的体内治疗有效性仍未在疾病模型中进行大量研究,以了解RNA编辑功效和疾病相关症状的治疗改善。肌球蛋白VI(MYO6)是一种非常规的肌球蛋白,锚定在耳蜗毛细胞的静纤毛和前庭板上,对听觉功能至关重要。
人类MYO6基因的致病性变异导致常染色体显性或隐性形式的听力损失,潜在治疗需求未得到满足。建立了小鼠模型,并概括了人类显性遗传性耳聋的表型。在这项研究中,发现将靶向RNA的AAV-PHP.eB-mxABE注射到新生小鼠的耳蜗中可显著减少进行性听力损失。总之,该研究结果支持将这种治疗策略用于半显性疾病和潜在的隐性疾病。
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