2019年7月15日，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院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 by recruiting endogenous ADAR using engineered RNAs”的研究論文，首次報(bào)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(xì)胞同時(shí)遞送編輯酶(如Cas蛋白)及向?qū)NA不同，LEAPER系統(tǒng)僅需要在細(xì)胞中表達(dá)向?qū)NA即可招募細(xì)胞內(nèi)源脫氨酶實(shí)現(xiàn)靶向目標(biāo)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(shí)現(xiàn)了高效、精準(zhǔn)的編輯，并成功修復(fù)了來源于Hurler綜合征病人的α-L-艾杜糖醛酸酶缺陷細(xì)胞。該技術(shù)的建立為生命科學(xué)基礎(chǔ)研究和疾病治療提供了一種全新的工具。
使用工程核酸酶的基因組編輯技術(shù)，如鋅指核酸酶-轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)核酸酶（TALENs）和CRISPR系統(tǒng)的Cas蛋白，已應(yīng)用于操縱無數(shù)生物體中的基因組。最近，胞苷或腺苷脫氨酶已經(jīng)與CRISPR-Cas9偶聯(lián)，以產(chǎn)生可編程的DNA堿基編輯器，為糾正引起疾病的突變提供了新的機(jī)會(huì)。除DNA編輯外，還利用ADAR腺苷脫氨酶實(shí)現(xiàn)RNA的精確腺苷 - 肌苷編輯。已經(jīng)在哺乳動(dòng)物中鑒定了三種ADAR蛋白，即ADAR1（同種型p110和p150），ADAR2和ADAR3，其底物是雙鏈RNA。
利用內(nèi)源性ADAR1蛋白進(jìn)行靶向RNA編輯
肌苷被認(rèn)為在翻譯期間模仿鳥苷（G）。為了實(shí)現(xiàn)靶向RNA編輯，將ADAR蛋白或其催化結(jié)構(gòu)域與λN肽，SNAP-標(biāo)簽或Cas蛋白（dCas13b）和sgRNA以將嵌合ADAR蛋白募集到特定位點(diǎn)?；蛘?，據(jù)報(bào)道，過量表達(dá)ADAR1或ADAR2蛋白以及攜帶R / G基序的gRNA也能夠進(jìn)行靶向RNA編輯。
LEAPER的表征和優(yōu)化
所有這些報(bào)道的哺乳動(dòng)物系統(tǒng)中的核酸編輯方法依賴于兩種組分的異位表達(dá)：酶和gRNA。盡管這些二元系統(tǒng)在大多數(shù)研究中有效地起作用，但一些遺傳障礙限制了它們的廣泛應(yīng)用，特別是在治療中。因?yàn)橛糜诨蛑委煹淖钣行У捏w內(nèi)遞送是通過病毒載體，并且非常理想的腺相關(guān)病毒載體在貨物大?。▇4.5千堿基）中受限，這使得容納蛋白質(zhì)和gRNA具有挑戰(zhàn)性。最近報(bào)道ADAR1的過表達(dá)由于RNAs上的異常超編輯而賦予多發(fā)性骨髓瘤的致癌性并產(chǎn)生大量的全局脫靶編輯。同時(shí)，蛋白質(zhì)或其非人類來源的異位表達(dá)具有引發(fā)免疫原性的潛在風(fēng)險(xiǎn)。此外，預(yù)先存在的適應(yīng)性免疫和p53介導(dǎo)的DNA損傷反應(yīng)可能損害治療性蛋白質(zhì)的功效，例如Cas9。
通過LEAPER恢復(fù)Hurler綜合征患者來源的原代成纖維細(xì)胞中的IDUA活性
在這里，研究人員提出了一種方法，稱為利用內(nèi)源性ADAR進(jìn)行RNA（LEAPER）的可編程編輯，該方法采用短的工程化ADAR招募RNA（arRNA）來募集天然ADAR1或ADAR2酶以將特定腺苷轉(zhuǎn)變?yōu)榧≤铡?/strong>該研究顯示由質(zhì)?；虿《据d體或作為合成寡核苷酸遞送的arRNA實(shí)現(xiàn)高達(dá)80％的編輯效率。LEAPER具有高度特異性，在目標(biāo)區(qū)域具有罕見的脫靶和有限的非靶腺苷編輯。它在廣譜細(xì)胞類型中具有活性，包括多種人原代細(xì)胞類型，并且可以在Hurler綜合征患者來源的原代成纖維細(xì)胞中恢復(fù)α-L-艾杜糖醛酸酶催化活性，而不會(huì)引起先天免疫反應(yīng)。作為單分子系統(tǒng)，LEAPER可實(shí)現(xiàn)精確，高效的RNA編輯，廣泛適用于治療和基礎(chǔ)研究。
魏文勝
魏文勝 1969 年出生于江蘇，1991 年獲得北京大學(xué)生物化學(xué)學(xué)士學(xué)位，1999 年獲得密西根州立大學(xué)遺傳學(xué)博士學(xué)位，之后赴斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院從事博士后研究，師從美國科學(xué)院院士 Stanley Cohen 教授。2005年起在斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院短暫工作后，于 2007 年起在北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院任研究員。目前同時(shí)擔(dān)任北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心（BIOPIC）、北京未來基因診斷高精尖創(chuàng)新中心及北大 - 清華生命科學(xué)聯(lián)合中心研究員。
魏文勝以通訊或第一作者發(fā)表了多篇包括Cell, Nature, Nature Biotechnology, PNAS等在內(nèi)的高影響論文，共申請(qǐng)近 10 項(xiàng)發(fā)明專利，已獲 4 項(xiàng)發(fā)明專利授權(quán)。獲得包括談家楨生命科學(xué)創(chuàng)新獎(jiǎng)、中國專利優(yōu)秀獎(jiǎng)、科學(xué)中國人年度人物、鄭昌學(xué)教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)、拜耳科學(xué)家獎(jiǎng)、羅氏中國青年科學(xué)家獎(jiǎng)、東寶生命科學(xué)獎(jiǎng)等榮譽(yù)。
魏文勝課題組著重發(fā)展基因組編輯技術(shù)，特別是其在高通量功能基因組學(xué)方面的技術(shù)平臺(tái)建設(shè)，用于基因、非編碼 RNA 以及多種基因組調(diào)控元件的功能研究；同時(shí)結(jié)合表觀修飾識(shí)別、動(dòng)態(tài)成像等手段，研究癌癥、感染等重大疾病發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制，為發(fā)展高效治療手段提供新的藥物靶點(diǎn)和思路。
