Nature Biotechnology | 突破领域瓶颈！David Liu首次对m6A定点遗传操作

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N6-甲基腺苷（m6A）是人类中最广泛的内部信使RNA修饰。尽管最近在理解m6A的生物学作用方面取得了进展，但是无法在单个转录物中专门安装m6A位点，这阻碍了阐明特定m6A的存在与表型结果之间因果关系。

2020年6月29日，博德研究所David Liu在Nature Biotechnology 在线发表题为“Programmable m6A modification of cellular RNAs with a Cas13-directed methyltransferase”的研究论文，该研究证明了具有截短的METTL3甲基转移酶结构域或者是METTL3：METTL14甲基转移酶复合物与核定位dCas13融合体，可以对细胞质RNA进行特异性m6A掺入，而前者的融合蛋白脱靶活性特别低。

跨多个位点的独立细胞测定法证实，这种靶向RNA甲基化（TRM）系统以高特异性介导了有效的m6A安装在内源RNA转录物中。最后，该研究表明TRM可以诱导m6A介导的转录本丰度变化和选择性剪接。这些发现将TRM确立为用于靶向转录组工程的工具，可以揭示单个m6A修饰的作用并分析其功能作用。

另外，2020年6月22日，博德研究所David Liu团队在Nature Biotechnology 在线发表题为“Genome editing with CRISPR–Cas nucleases, base editors, transposases and prime editors”的综述文章，该综述首先描述已表征的Cas9和Cas12核酸酶的天然变异体，并详细介绍具有扩大的靶向范围和特异性的Cas9和Cas12核酸酶变异体的开发。接下来，该综述讨论碱基编辑器的开发和应用，这些编辑器可精确安装点突变而无需双链DNA断裂（DSB）或供体DNA模板。最后，该综述总结了新兴的CRISPR–Cas基因组编辑工具，包括介导大片段DNA重排的Cas转座子和重组酶，以及主要编辑器，它们以取代原始DNA序列的方式直接将编辑后的序列复制到目标DNA位点（点击阅读）。

2020年6月12日，博德研究所David R. Liu团队在Cell 在线发表题为“Determinants of Base Editing Outcomes from Target Library Analysis and Machine Learning”的研究论文，该研究在哺乳动物细胞中38,538个基因组整合靶标上表征了11个胞嘧啶和腺嘌呤碱基编辑器（CBE和ABE）的序列-活性关系，并使用所得结果训练了BE-Hive，这是一种机器学习模型，可准确预测碱基编辑基因型结果（R ≈0.9）和效率（R≈0.7）。研究人员以≥90％的准确度纠正了3388个与疾病相关的SNV，其中包括675个等位基因，其“旁观者”核苷酸被BE-Hive正确预测，因此无法编辑。该研究发现了以前无法预测的C-to-G或C-to-A编辑的决定因素，并利用这些发现以≥90％的准确性纠正了174个病原性SNV的编码序列。最后，该研究利用BE-Hive的见识来设计新颖的CBE变体，以调节编辑结果。这些发现启发了碱基编辑，实现了以前难以处理的目标的编辑，并为新的基础编辑器提供了改进的编辑功能。

对DNA和蛋白质的动态共价修饰在调节基因表达中起着重要作用。最近显示，RNA可通过其自身的转录后修饰来调节基因表达，包括伪尿苷（idine），5-甲基胞嘧啶（m5C），N1-甲基腺苷（m1A）和N6-甲基腺苷（m6A）。在已知的内源性细胞RNA修饰中，m6A在真核mRNA中最为丰富，并且已被证明可改变染色质的可及性，RNA剪接，RNA的核输出，RNA稳定性和翻译效率。

转录组范围m6A作图的高通量测序技术的进步也将m6A与广泛的细胞功能联系在一起，包括干细胞增殖和分化，细胞热休克反应，精原细胞分化，母体向合子转变， X染色体失活，DNA损伤反应，昼夜节律功能，肿瘤发生，长期记忆和抗肿瘤免疫力。 

m6A的水平由m6A编写器（特别是METTL3–METTL14复合体）和檫除器（如ALKBH5和FTO）控制。m6A的下游功能由识别m6A和调节mRNA加工的阅读器蛋白介导。这些m6A介导的调节途径影响许多生物学过程，例如发育，应激反应，免疫和神经元功能。尽管人们越来越认识到m6A和其他RNA修饰在生物学和疾病中的重要性，但我们对它们的特定功能的理解仍然远远落后于许多DNA和蛋白质修饰，部分原因是缺乏对特定mRNA修饰的操作。

该研究证明了具有截短的METTL3甲基转移酶结构域或者是METTL3：METTL14甲基转移酶复合物与核定位dCas13融合体，可以对细胞质RNA进行特异性m6A掺入，而前者的融合蛋白脱靶活性特别低。

跨多个位点的独立细胞测定法证实，这种靶向RNA甲基化（TRM）系统以高特异性介导了有效的m6A安装在内源RNA转录物中。最后，该研究表明TRM可以诱导m6A介导的转录本丰度变化和选择性剪接。这些发现将TRM确立为用于靶向转录组工程的工具，可以揭示单个m6A修饰的作用并分析其功能作用。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41587-020-0572-6

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