Adenosine

引言近年来，基因编辑技术如同生物医学领域的一颗璀璨明星，吸引着全球科学家的目光。CRISPR-Cas9等DNA编辑技术的出现，为治疗遗传性疾病带来了前所未有的希望。然而，如同硬币的两面，DNA编辑技术在展现巨大潜力的同时，也面临着一些技术瓶颈，其中最令人担忧的就是“脱靶效应”（off-target editing）。这种效应指的是编辑工具可能会意外地修改基因组中非目标区域的DNA序列，从而引发潜在的副作用。研究人员一直在努力寻找更加精准、安全的基因编辑方法。现在，一个令人振奋的消息传来！3月26日一项发表在《Nature Biotechnology》上的研究“Specific and efficient RNA A-to-I editing through cleavage of an ADAR inhibitor”，为我们带来了全新的解决方案。研究人员不再直接“操刀”DNA，而是将目光投向了它的“信使”——RNA（核糖核酸）。他们开发出了一种名为RNA转换腺嘌呤碱基编辑器（RNA transformer adenosine base editor，RtABE）的创新技术。这项技术能够对RNA上的特定碱基进行精确的修改，就像给RNA进行了一次精密的“微调”，更重要的是，它展现出了惊人的靶向性（specificity），有望彻底告别“脱靶”的困扰，为疾病治疗开辟一条更安全、更高效的道路。告别“脱靶”烦恼：RtABE如何实现RNA的“指哪打哪”？要理解RtABE的独特之处，我们首先需要了解DNA和RNA在细胞中的作用。DNA是细胞的“总司令部”，存储着所有的遗传信息。而RNA则像是“信使”和“执行官”，负责将DNA的指令传递给蛋白质工厂，并直接参与蛋白质的合成。许多疾病的发生，都与RNA分子的异常有关。因此，对异常的RNA进行精准的编辑和修复，同样可以达到治疗疾病的目的。RtABE的核心优势在于其极高的靶向性。为了实现这一点，研究团队巧妙地利用了一类被称为ADAR抑制剂（ADAR inhibitors，ADIs）的分子。ADAR（adenosine deaminase acting on RNA）是一类天然存在的RNA编辑酶，而RtABE的关键组成部分正是ADAR2的脱氨酶结构域（ADAR2 deamination domain，ADAR2DD），它负责将RNA上的腺嘌呤（A）碱基转化为肌苷（I），而肌苷在细胞中会被识别为鸟嘌呤（G）。那么，如何才能让ADAR2DD只在目标RNA位点发挥作用，而不去编辑其他RNA分子呢？这正是RtABE设计的精妙之处。“分子锁”与“精准钥匙”：RtABE特异性编辑背后的设计研究人员将ADI与ADAR2DD巧妙地融合在一起，形成一个“分子复合物”。在没有到达目标RNA序列时，ADI就像一把“分子锁”，紧紧地抑制住ADAR2DD的活性，使其无法进行RNA编辑。只有当RtABE成功结合到预先设定的目标RNA序列后，一个被称为TEV蛋白酶（TEV protease）的“精准钥匙”才会发挥作用。具体来说，研究团队利用了MS2噬菌体衣壳蛋白（MS2 coat protein，MCP）与MS2 RNA发夹结构（MS2 RNA aptamer）的特异性结合，以及BoxB RNA发夹结构（BoxB RNA aptamer）与λ噬菌体N蛋白（λN peptide）的相互作用。他们将MCP融合到ADAR2DD-ADI复合物上，并设计了一段包含MS2和BoxB RNA发夹结构的引导RNA（engineered agRNA，eagRNA）。同时，他们还引入了TEV蛋白酶的N端片段（TEVn）和C端片段（TEVc），其中TEVc与λN肽融合。当eagRNA与目标RNA结合后，MCP-ADAR2DD-ADI复合物会被招募到目标位点。与此同时，游离的TEVn也会扩散到目标位点，并与TEVc结合，形成完整的、具有活性的TEV蛋白酶（TEVp）。TEVp能够特异性地识别并切割ADI，解除ADI对ADAR2DD的抑制。一旦“分子锁”被打开，ADAR2DD就会被激活，开始高效地对目标RNA上的腺嘌呤进行编辑，将其转化为肌苷。这种“先抑制后激活”的策略，就好比一把只有在特定条件下才能解锁的工具，确保了RtABE只在目标RNA位点进行编辑，从而实现了极高的编辑特异性，有效避免了“脱靶”效应的发生。示意图（Credit: Nature Biotechnology）小鼠模型显神威：RtABE成功治疗罕见病带来新希望为了验证RtABE技术的有效性和安全性，研究团队选择了一种名为黏多糖贮积症I型（Hurler syndrome）的罕见遗传病小鼠模型进行实验。这种疾病是由于编码α-L-艾杜糖醛酸酶（α-L-iduronidase，IDUA）的基因发生突变，导致患者体内无法正常分解特定的糖类物质，进而引发一系列严重的健康问题，包括骨骼畸形、智力障碍和器官功能衰竭。研究人员通过腺相关病毒（adeno-associated virus，AAV）将编码RtABE的遗传物质递送到患病小鼠的肝脏细胞中。肝脏是合成和分泌α-L-艾杜糖醛酸酶的主要器官。实验结果令人惊喜！研究发现，经过RtABE治疗后，小鼠肝脏细胞中α-L-艾杜糖醛酸酶的活性得到了显著恢复。这表明RtABE成功地对突变的RNA进行了编辑，产生了功能正常的酶。更重要的是，研究团队对接受RtABE治疗的小鼠的多个组织（包括肝脏、脾脏、肾脏、心脏和大脑）进行了全面的脱靶编辑分析。他们利用高通量测序技术，检测了这些组织中是否存在非目标RNA的编辑事件。结果显示，与传统的RNA编辑方法相比，RtABE的脱靶编辑水平非常低，几乎可以忽略不计。这充分证明了RtABE具有出色的靶向性和安全性，为将其应用于临床治疗罕见病奠定了坚实的基础。此外，研究人员还检测了接受RtABE治疗的小鼠的疾病相关指标。他们发现，经过治疗后，小鼠体内与黏多糖贮积相关的代谢产物水平显著降低，疾病症状得到了明显的改善。这些结果进一步证实了RtABE在治疗黏多糖贮积症I型方面的巨大潜力。多重实验验证：RtABE展现高效性和广谱性除了在黏多糖贮积症I型小鼠模型中的成功应用，研究团队还进行了多项额外的实验，以更全面地评估RtABE技术的性能。他们设计了不同的引导RNA（eagRNA），靶向不同的RNA序列，发现在多种不同的序列背景下（包括UAN、AAN、CAN和GAN等），RtABE都能够高效地进行A-to-I的编辑。这表明RtABE具有广泛的适用性，可以用于编辑各种不同的RNA靶点。为了进一步验证RtABE的特异性，研究人员还进行了敲低实验（knockdown experiment）。他们利用小干扰RNA（small interfering RNA，siRNA）敲低了目标RNA的表达，结果发现RtABE的编辑活性也随之显著降低。这表明RtABE的编辑是高度依赖于目标RNA的存在的，进一步证实了其靶向性。研究人员还通过蛋白质印迹法（Western blot）分析了在目标转录本被敲低时A3DADI的切割情况，结果与RT-qPCR数据一致，进一步支持了RtABE的作用机制。此外，研究团队还对RtABE的组成部分进行了优化，例如对ADAR2DD进行了突变改造（E488Q），以进一步提高其编辑效率和特异性。他们还探索了不同的递送方式，例如利用腺相关病毒（AAV）进行体内递送，为未来的临床应用提供了更多的选择。这些多方面的实验结果充分证明，RtABE是一种高效、特异性强、且具有广谱性的RNA编辑工具，在基础研究和疾病治疗领域都具有巨大的潜力。RNA编辑潜力无限：未来医学领域的新星冉冉升起DNA编辑技术无疑是基因治疗领域的重要里程碑，但RNA编辑作为一种新兴的技术，也展现出了独特的优势和广阔的应用前景。与DNA编辑相比，RNA编辑具有以下几个显著的特点：更高的安全性：RNA的半衰期较短，编辑效果通常是暂时的，不会对基因组造成永久性的改变，从而降低了潜在的长期副作用风险。这对于一些只需要短期治疗的疾病来说，具有明显的优势。更强的可调控性：RNA的表达水平和修饰状态可以受到多种细胞信号和环境因素的调控，这为疾病治疗提供了更加灵活的策略。例如，我们可以根据疾病的进展情况，动态地调整RNA编辑的效率。更广泛的应用范围：除了遗传性疾病，RNA编辑在感染性疾病、神经退行性疾病、癌症等多个领域都展现出了巨大的潜力。例如，通过编辑病毒的RNA，可以抑制病毒的复制；通过编辑肿瘤细胞的RNA，可以抑制肿瘤的生长和转移；通过编辑神经细胞的RNA，可以延缓神经退行性疾病的进展。RtABE技术的出现，正是RNA编辑领域的一项重大突破。它解决了RNA编辑长期以来面临的关键挑战——特异性问题，使得RNA编辑技术在疾病治疗方面迈出了坚实的一步。许多研究人员认为，随着技术的不断成熟和完善，RNA编辑有望成为继DNA编辑之后，基因治疗领域的又一个“风口”，为人类健康带来更多的福音。精准医疗新篇章：RtABE引领基因治疗迈向更安全高效的未来总而言之，这项名为RtABE的RNA编辑新技术，通过巧妙地融合ADAR抑制剂和TEV蛋白酶系统，实现了对RNA的精准编辑，有效克服了传统基因编辑技术可能存在的“脱靶”难题。在黏多糖贮积症I型小鼠模型中取得的成功，充分证明了RtABE在治疗遗传性疾病方面的巨大潜力。这项研究的突破性进展，不仅为治疗罕见病带来了新的希望，也为RNA编辑技术在更广泛的疾病领域应用奠定了坚实的基础。我们有理由相信，随着未来研究的不断深入和技术的持续发展，RNA编辑技术将在精准医疗时代发挥越来越重要的作用，为人类的健康福祉贡献力量。让我们共同期待这项令人兴奋的技术能够早日走向临床，造福更多的患者！参考文献Li G, Chen G, Yuan GH, Wei J, Ni Q, Wu J, Yang B, Yang L, Chen J. Specific and efficient RNA A-to-I editing through cleavage of an ADAR inhibitor. Nat Biotechnol. 2025 Mar 26. doi: 10.1038/s41587-025-02591-2. Epub ahead of print. PMID: 40140558.责编|探索君排版|探索君转载请注明来源于【生物探索】声明：本文仅用于分享，不代表平台立场，如涉及版权等问题，请尽快联系我们，我们第一时间更正，谢谢！End往期精选围观Science | 你每天吃的食用油，可能正在悄悄喂养癌细胞热文Nature Methods | 癌症治疗大翻盘：长读长测序揭开73%漏诊的致命靶点热文Nature | 颠覆百年认知！肝脏"纤维化元凶"竟是代谢再生总指挥热文Science | 心脏发育暗藏的"生物光缆"如何颠覆医学认知？热文Nature | 线粒体的"能量之门"被破解：研究人员首次看清代谢引擎的分子开关