2018年10月5日，國際知名學(xué)術(shù)期刊《分子細胞》在線發(fā)表了中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院（營養(yǎng)與健康研究院）常興研究組題為“Genetic modulation of RNA splicing with a CRISPR-guided cytidine deaminase”的最新研究成果。證明可以利用TAM (Targeted-AID induced mutagenesis)基因編輯，靶向DNA上的RNA剪接順式元件，高效調(diào)控RNA剪接，用于研究RNA可變剪接的功能，以及用于人類遺傳疾病的治療。
真核細胞中， RNA剪接是基因的表達的重要環(huán)節(jié)。據(jù)估計，超過75％的人類基因具有一種以上的mRNA剪接方式 （可變剪接），其中大部分可以翻譯為功能性蛋白質(zhì)。但相對于基因功能而言，對于可變剪接的生理功能，認識還非常有限，原因主要在于調(diào)控內(nèi)源RNA剪接的實驗手段非常有限。RNA剪接的異常也是許多疾病的直接誘因，估計35~50％的人類疾病由基因剪接異常造成。因此，無論是從學(xué)術(shù)研究或是臨床應(yīng)用的角度，都亟需開發(fā)出調(diào)控RNA剪接的基因編輯新方法。
常興研究組過去開發(fā)TAM (Targeted AID-induced mutagenesis), 也就是融合核酸酶活性缺陷的Cas9蛋白和胞嘧啶脫氨酶AID，并且發(fā)現(xiàn)它具有兩個特點。首先，可以在sgRNA靶向的DNA上，將C/G堿基隨機向其它堿基突變，可以用于分析腫瘤耐藥性突變及誘導(dǎo)蛋白體外進化等；其次，在偶聯(lián)UNG抑制劑UGI后，可以在將sgRNA靶向區(qū)域中一個小窗口內(nèi)（5-6個堿基）的C高效向T突變 (Nature Methods, 2016)。
在這一新研究中，博士研究生袁娟娟和馬云青首先注意到，98%以上的內(nèi)含子有保守的GU（內(nèi)含子開始）和AG（內(nèi)含子末尾）序列，推測如果可以高效精確的將G突變成A, 可以特異性阻斷外顯子識別，調(diào)控內(nèi)源性mRNA的剪切。通過這一策略，利用TAM誘導(dǎo)剪接位點DNA上G>A突變，就可以誘導(dǎo)可變外顯子(alternative exon)及組成性外顯子(constitutive exon)的跳讀 (Exon skipping)；改變可變剪接位點的選擇(Alternative splice site)；調(diào)節(jié)互斥外顯子的選擇 (mutually exclusive exons)；誘導(dǎo)小的內(nèi)含子的包含 (intron retention)。此外，如果通過TAM將３’剪接位點上游polypyrimidine track中包含的C向T突變，可以促進下游外顯子的包含。因此，利用TAM可以成功的實現(xiàn)針對RNA剪接的“l(fā)oss of function”和”gain of function”調(diào)控。
最后，研究人員探索了利用TAM修復(fù)杜氏肌營養(yǎng)不良癥（DMD）的可行性。DMD是一種致命的遺傳疾病（發(fā)病率男性中１/4000）。其發(fā)病原因在于，遺傳突變造成Dystrophin蛋白的完全缺失，引發(fā)肌肉萎縮和癱瘓，最終造成心臟或肺功能的衰竭。如果通過外顯子跳讀，能產(chǎn)生內(nèi)部截短的Dystrophin蛋白，可以達到對DMD的治療效果。因此研究人員構(gòu)建了DMD病人來源的誘導(dǎo)型多能干細胞, 此病人因為外顯子刪除造成Dystrophin蛋白的完全缺失。通過在剪接位點誘導(dǎo)G>A的突變，研究人員實現(xiàn)了目標外顯子的完全跳讀，在所有表達TAM的細胞中恢復(fù)了Dystrophin的蛋白表達，修復(fù)了心肌細胞的缺陷。
該研究得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院先導(dǎo)計劃和上海市科委相關(guān)項目的資助。（科技處）
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S109727651830741X
TAM 融合蛋白高效調(diào)控外顯子跳讀、互斥外顯子選擇、可變剪接位點選擇和內(nèi)含子包含
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