編輯丨王多魚

排版丨水成文

RNA編輯具有可逆和不改變基因組序列的特性，在基礎(chǔ)研究和疾病治療領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。然而，現(xiàn)有 RNA 堿基編輯工具大多局限于“單點(diǎn)編輯”， 難以應(yīng)對(duì)涉及多個(gè)核苷酸的復(fù)雜調(diào)控。因此，開發(fā)能夠在一定區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)多堿基可控編輯的新工具，對(duì)于拓展RNA編輯的應(yīng)用范圍具有重要意義。

2026 年 1 月 2 日，北京大學(xué)伊成器團(tuán)隊(duì)（莊元、朱擎國(guó)、烏浩、林湘玥為論文共同第一作者）在Nature Biotechnology 期刊發(fā)表了題為：Single-strand deaminase-assisted editing for functional RNA manipulation 的研究論文。

該研究建立了由單鏈脫氨酶輔助的可調(diào)節(jié) RNA 信息操縱平臺(tái)——AIM（adjustable RNAinformationmanipulation）。該平臺(tái)突破了目前 RNA 堿基編輯工具“單點(diǎn)編輯”的限制，實(shí)現(xiàn)了在 RNA靶向區(qū)域內(nèi)對(duì)不同數(shù)量、多種類型堿基的可控與精準(zhǔn)操縱，為 RNA 功能研究與疾病干預(yù)提供了強(qiáng)大的底層技術(shù)支撐。

AIM 平臺(tái)由三個(gè)核心元件構(gòu)成：負(fù)責(zé) RNA 靶向的dCas13蛋白、經(jīng)過理性設(shè)計(jì)的單鏈 RNA 脫氨酶TadA，以及一種特殊設(shè)計(jì)的可成環(huán)向?qū)?/strong>RNA（loop-forming gRNA，LF-gRNA）。LF-gRNA 能夠在目標(biāo) RNA 上誘導(dǎo)形成一個(gè)局部單鏈的“環(huán)區(qū)”，使其中的堿基充分暴露，成為單鏈脫氨酶作用的有效底物；同時(shí)，環(huán)區(qū)兩側(cè)由 LF-gRNA 與靶 RNA 互補(bǔ)配對(duì)形成雙鏈結(jié)構(gòu)，可有效阻止非目標(biāo)位點(diǎn)的編輯。通過改變 LF-gRNA 誘導(dǎo)的單鏈環(huán)區(qū)的大小，可以實(shí)現(xiàn)對(duì) RNA 編輯窗口尺寸的靈活且可控調(diào)節(jié), 從而在特定區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)堿基進(jìn)行精準(zhǔn)編輯。

AIM技術(shù)示意圖

為進(jìn)一步拓展 AIM 平臺(tái)的編輯能力，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)脫氨酶 TadA 進(jìn)行了蛋白質(zhì)理性設(shè)計(jì)與功能重塑，構(gòu)建了三類具有不同功能的 AIM 系統(tǒng)：

1）AIM-A/AIM-Amax，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)高效的 A-to-I 編輯；

2）AIM-C/AIM-Cmax，可實(shí)現(xiàn)純凈的 C-to-U 編輯；

3）AIM-A&C/AIM-A&Cmax，可在同一 RNA 分子中同時(shí)實(shí)現(xiàn) A與C 的編輯。

通過設(shè)計(jì)具有不同 RNA 編輯功能的 TadA 變體，AIM 從單一編輯模式拓展為具備多種編輯功能的 RNA 信息操縱平臺(tái)，從而能夠覆蓋更加多樣化的 RNA 調(diào)控需求。

依托 AIM 平臺(tái)“多位點(diǎn)、多功能”的編輯特性，研究團(tuán)隊(duì)完成了現(xiàn)有 RNA 編輯工具難以實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用。首先，AIM 的多位點(diǎn)編輯能力在提前終止密碼子UAA的通讀中展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)有 RNA 編輯工具通常只能高效編輯單個(gè)腺嘌呤（A），而 UAA 終止信號(hào)的解除需要在同一密碼子內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩個(gè) A 堿基的同時(shí)編輯。利用 AIM-Amax 系統(tǒng)，研究團(tuán)隊(duì)成功在同一密碼子內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩個(gè) A 堿基的同時(shí)編輯，從而在多個(gè)轉(zhuǎn)錄本上實(shí)現(xiàn)了 UAA 提前終止密碼子的通讀。進(jìn)一步，在囊性纖維化細(xì)胞模型以及杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良小鼠模型中，研究團(tuán)隊(duì)檢測(cè)到全長(zhǎng)蛋白表達(dá)和功能恢復(fù)，展示了 AIM 平臺(tái)在疾病治療方面的應(yīng)用潛力。

此外，研究團(tuán)隊(duì)還將 AIM 應(yīng)用于操縱與蛋白翻譯后修飾相關(guān)的 RNA 信息。蛋白質(zhì)翻譯后修飾具有動(dòng)態(tài)性和可逆性，這一特點(diǎn)使其成為通過 RNA 編輯工具進(jìn)行功能干預(yù)的理想對(duì)象。研究團(tuán)隊(duì)利用 AIM 在 RNA 水平對(duì)單個(gè)或相鄰的關(guān)鍵磷酸化相關(guān)密碼子進(jìn)行改寫，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的調(diào)控。

最后，研究團(tuán)隊(duì)對(duì) AIM 的安全性進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估。全轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果表明，AIM 在 RNA 層面的非靶向編輯事件處于較低水平，且不會(huì)對(duì)全局基因表達(dá)產(chǎn)生顯著影響。此外，研究團(tuán)隊(duì)還評(píng)估了 AIM 潛在的 DNA 脫靶風(fēng)險(xiǎn)。通過 R-loop assay 及靶向 DNA 擴(kuò)增子深度測(cè)序分析，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，AIM 在 DNA 層面的編輯水平與陰性對(duì)照無顯著差異。此外，在細(xì)胞和動(dòng)物模型中均未檢測(cè)到 AIM 誘導(dǎo)的免疫激活反應(yīng)。因此，AIM 平臺(tái)具有較高的特異性和良好的安全性。

綜上所述，AIM 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了在特定 RNA 區(qū)域內(nèi)對(duì)多個(gè)堿基的精確操縱，并在此基礎(chǔ)上拓展了 A-to-I、C-to-U 及 A&C 同時(shí)編輯等多種編輯模式，且展現(xiàn)出良好的特異性和安全性。未來，AIM 有望應(yīng)用于 RNA 二級(jí)結(jié)構(gòu)、翻譯調(diào)控元件以及 RNA–RNA 或 RNA–蛋白相互作用位點(diǎn)等功能元件的精準(zhǔn)操縱，成為理解和重塑 RNA 功能的重要工具。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41587-025-02956-7