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

▎药明康德内容团队编辑（来源：上海科技大学）新兴的RNA编辑技术为纠正致病基因突变提供了新方法和新策略。与DNA编辑不同，RNA编辑只会瞬时改变由DNA转录产生的RNA转录本，避免了DNA编辑脱靶所带来的长期安全性风险。目前已报道有两种腺苷脱氨酶ADAR（adenosine deaminase acting on RNA）依赖的靶向RNA腺苷至肌苷（A-to-I）的编辑系统，但分别有高脱靶、编辑范围和编辑效率受限的问题。近日，上海科技大学生命科学与技术学院陈佳团队和复旦大学杨力团队合作在《自然-生物技术》（Nature Biotechnology）在线发表了题为“Specific and efficient RNA A-to-I editing through cleavage of an ADAR inhibitor ”的研究论文，报道了一种高效、精准且具有广泛编辑范围的RNA变形式腺苷碱基编辑系统RtABE（RNA transformer Adenosine Base Editor）。本研究对ADAR2脱氨结构域（ADAR2DD）具有潜在抑制作用的蛋白结构域进行了筛选，发现某些胞苷脱氨酶家族APOBEC的脱氧胞苷脱氨酶抑制结构域（deoxycytidine deaminase inhibitor，dCDI）也可以作为ADAR抑制剂（ADAR inhibitor，ADI）。在RtABE系统中，将来源于人APOBEC3蛋白的ADI（A3DADI）和ADAR2DD融合表达从而抑制其脱氨活性。在脱靶位点，由于A3DADI和ADAR2DD的融合连接，ADAR2DD蛋白保持无活性状态；而在靶向位点处，通过工程化改造的导向RNA（engineered ADAR guide RNA，eagRNA），招募分裂的TEV蛋白酶和ADAR2DD-A3DADI的融合蛋白，切除A3DADI结构域，将ADAR2DD蛋白由抑制状态转化为激活状态，完成靶向编辑。▲图1：RtABE工作机制示意图（图片来源：原始论文[1]）为了进一步提高RtABE的精准性，本研究利用蛋白质工程引入了ADAR2DD（K475Q+E488Q）和ADAR2DD（K475I+S486A）两种突变体，得到了RtABE_V1和RtABE_V2系统。RtABE在全转录组范围内实现了脱靶效应的显著降低，同时保持了在靶向位点处的高编辑效率。相对于使用工程化RNA招募内源ADAR的RNA编辑器，RtABE系统实现了在更大的编辑范围内的高效编辑（例如，UAN，AAN，CAN和GAN）。将RtABE包装到单一的腺相关病毒（AAV）后递送至Hurler综合征（粘多糖病I型）模型小鼠中，结果显示RtABE系统在Hurler综合征模型小鼠体内实现了长期、高效和精准的RNA A-to-I碱基编辑，同时并未在RtABE处理过的小鼠的肝脏中检测到显著性的脱靶编辑。因此，RtABE是一种精准、高效的RNA碱基编辑系统，且具有广泛的编辑范围。▲图2：RNA编辑系统RtABE_V2和MCP-ADAR2DD的功效比较（图片来源：原始论文[1]）基于联合研究团队在疾病模型小鼠中的研究结果，RtABE为遗传性疾病以及其他人类严重疾病的潜在临床治疗应用提供了新希望。上海科技大学生命科学与技术学院基因编辑中心陈佳教授及复旦大学生物医学研究院杨力研究员为该论文的共同通讯作者。上海科技大学陈佳课题组博士研究生李光业、陈果，中国科学院上海营养与健康研究所博士研究生袁国华，复旦大学附属儿科医院实验师韦佳为该论文共同第一作者。上海科技大学为论文的第一完成单位。原始论文：[1] Li, G., Chen, G., Yuan, GH. et al. Specific and efficient RNA A-to-I editing through cleavage of an ADAR inhibitor. Nat Biotechnol (2025). https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1038/s41587-025-02591-2免责声明：药明康德内容团队专注介绍全球生物医药健康研究进展。本文仅作信息交流之目的，文中观点不代表药明康德立场，亦不代表药明康德支持或反对文中观点。本文也不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。更多推荐点个“在看”再走吧~