【学术前沿】Mol Cell｜伊成器课题组报道新型RNA碱基编辑技术——RESTART

无义突变是基因序列中编码氨基酸的密码子突变成终止密码子（TAA，TAG，TGA）的单碱基突变。无义突变产生提前终止密码子（Premature termination codon，PTC），导致翻译提前终止，产生截短、不具功能的蛋白产物。根据人类基因突变数据库（Human Gene Mutation Database, www.hgmd.org）的统计，无义突变占据了超过20%的疾病相关单碱基突变。

目前有多种潜在的技术可用于治疗无义突变疾病，但仍存在局限性。例如：（1）CRISPR/Cas9依赖的DNA碱基编辑技术可实现碱基修复，但是存在安全隐患。细菌来源的Cas蛋白可能会引发人体免疫反应；并且一旦出现基因组水平上的脱靶，将会是永久性的、不可逆的。此外，如果编辑元件尺寸较大，药物的体内递送也受到限制；（2）RNA碱基编辑技术是在RNA水平上进行的，不会对基因组序列进行永久改变，因此安全性较高。但是，现有RNA工具的脱靶编辑会产生氨基酸突变。因此，领域内亟需拓展新型RNA编辑工具，开发更加特异和安全的RNA编辑器。

2022年12月14日，北京大学伊成器（中国细胞生物学学会医学细胞生物学分会委员）课题组在Molecular Cell杂志在线发表了题为CRISPR-free, programmable RNA pseudouridylation to suppress premature termination codons的研究论文，首次报道了名为RESTART（RNA Editing to Specific Transcripts for Pseudouridine-mediAted PTC-ReadThrough）的新型RNA单碱基编辑技术。该技术利用改造的guide snoRNA，招募细胞内源的假尿苷合成酶复合物，在RNA特定位点处实现高效、准确地尿苷（U）到假尿苷（Ψ）的编辑。在mRNA的无义突变位点精准引入假尿苷修饰，将PTC转换成ΨAA、ΨAG或ΨGA，以实现PTC的通读及功能蛋白的全长表达。

图一. RESTART技术原理

研究表明，RESTART技术具有广泛的适用性。在多种不同组织来源的细胞系以及人的原代细胞——例如支气管上皮细胞和皮肤成纤维细胞中，RESTART都可以介导高效和精准的编辑。在对疾病无义突变修复和蛋白功能恢复的多个应用尝试中，RESTART的有效性均得到了充分验证，反映了该技术在疾病治疗中的巨大潜力。例如，RESTART成功恢复了来源于Hurler综合征小鼠的α-L-艾杜糖醛酸酶缺陷细胞中IDUA蛋白的功能。该技术为无义突变疾病的治疗提供了一种全新的工具。

传统的RNA编辑技术主要是通过脱氨反应（如A-to-I或者C-to-U）实现碱基编辑，其产生的脱靶会导致氨基酸序列的改变。与这些技术不同，假尿苷修饰不会改变碱基互补配对，不会影响密码子的编码信息；RESTART产生的少量脱靶也不会影响RNA的稳定性和蛋白的翻译。此外，RESTART系统是由人源的snoRNA和修饰酶衍生而来的，因此避免产生免疫原性。因此RESTART是一个高效且安全的潜在治疗技术。

综上， RESTART技术作为一种可编程的不依赖CRISPR的RNA假尿苷编辑技术，拓展了RNA编辑的策略，可通过高效编辑mRNA上的无义突变位点介导翻译通读和蛋白功能的恢复，并且具有较好的安全性，展现了良好的疾病应用前景。在递送方面，RESTART适用于装载至腺相关病毒（AAV）等载体中进行递送；并且guide snoRNA可以通过体外转录和体外合成的等多种方式制备，未来也可以与小RNA递送体系，例如GalNAc3进行偶联。除此之外，RESTART技术也将推动假尿苷修饰领域的研究，为该领域基础研究和无义突变疾病治疗领域都提供有利的工具。

北京大学生命科学学院伊成器课题组深耕于RNA修饰与编辑领域的研究，近来尤其关注基因编辑安全性评价与新型底层RNA碱基编辑器的开发，陆续在Nature, Nature Biotechnology, Nature Methods等权威期刊发表一系列高影响力的研究成果，目前也在开展RNA编辑的科研转化，现团队热烈欢迎有志于基因编辑尤其是RNA编辑技术开发的同道（博士后、博士研究生、技术员）加入。关于团队的更多介绍详见实验室网站http://yilab.org.cn/

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2022.11.011

原标题：《【学术前沿】Mol Cell｜伊成器课题组报道新型RNA碱基编辑技术——RESTART》

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