Cell：让“DNA剪刀”变身“RNA手术刀”！可爱龙团队将Cas9及其祖先转变为RNA编辑器

来源：生物世界 2025-08-19 13:24

CRISPR-Cas9系统能够高效编辑 DNA，它的出现已经彻底改变了基因组医学。然而，其对 DNA 的编辑是不可逆的，存在永久性脱靶风险，在一定程度上限制了其临床应用。

RNA作为遗传信息从 DNA 向蛋白质的传递过程中的桥梁，其源源不断地从 DNA 转录而来，因此，对 RNA 进行编辑具有瞬时性和可逆性，成为基因编辑疗法的一种更安全的替代方案。然而，当前主流的 RNA 编辑工具 CRISPR-Cas13，存在着一种重要缺陷 旁系切割 ：在识别目标 RNA 时也可能会无差别切割细胞内的其他RNA，可能引发严重的细胞毒性，这一问题长期阻碍了其临床应用。

2025 年 8 月 18 日，耶鲁大学可爱龙团队在国际顶尖学术期刊Cell上发表了题为：Conversion of IscB and Cas9 into RNA-guided RNA-editors的研究论文。

该研究对 Cas9 的祖先IscB以及Cas9自身进行了工程化改造，删除了其TID/PID 结构域，将它们从原本的 RNA 引导的 DNA 编辑器转换为RNA 引导的 RNA 编辑器，并展示其在可变剪切干扰、反式剪接及 RNA 碱基编辑中的应用潜力，其性能可媲美甚至超越了Cas13，且更具安全性，为 RNA 疗法、基因调控及基础研究提供了全新选择。

如何将 DNA 剪刀变成 RNA 手术刀？

作为 II 型 CRISPR-Cas 系统的效应蛋白，Cas9利用相关的 crRNA/tracrRNA 作为向导，在匹配的目标 DNA 处打开 R-loop，并通过其 HNH 和 RuvC 核酸酶结构域引入 DNA 双链断裂（DSB），进而产生 DNA 编辑效果。

2021 年，张锋团队发现了Cas9 的祖先 IscB，这是一种来自 IS200/605 转座子家族的 RNA 引导的归巢核酸内切酶。IscB 蛋白的大小是典型的 Cas9 蛋白的三分之一到一半，缺少 Cas9 中的 REC 结构域，它采用了与 Cas9 类似的整体架构，通过相同的机制在 DNA 目标处进行搜索和切割。IscB 尺寸小且具有可调的 DNA 切割活性，这使其成为 CRISPR 2.0 型基因组编辑应用的理想平台，例如碱基编辑和先导编辑。虽然天然存在的 IscB 在人类细胞中的编辑效率较低，但已有多项研究表明，经过工程化改造的IscB能够实现更高的插入或删除以及碱基编辑效率。

实际上，作为Cas9 的祖先，IscB 天然具备识别并结合单链DNA/RNA 的能力，但其在细胞内更倾向于识别和切割双链 DNA。在这项最新研究中，研究团队发现了关键奥秘 IscB对DNA的识别依赖于TID 结构域（Target-Adjacent Motif Interaction Domain），使其在细胞内倾向于与双链DNA结合，忽略了 RNA。

基于这一发现，研究团队对IscB 进行了工程化改造，开发出了删除 TID 结构域的IscB R-IscB（RNA-targeting IscB），其彻底失去了对双链 DNA 的结合和切割能力，而保留了识别单链 DNA/RNA 的能力，其对单链 RNA 具有极强的亲和力，远超 Cas13。

四大应用场景：从调控到修复全面覆盖

接下来，研究团队验证了R-IscB 作为 RNA 引导的 RNA 编辑器的实际效果

1、RNA 剪接调控，例如，靶向杜氏肌症（DMD）致病基因的异常剪接位点，成功实现了突变外显子跳跃，单次编辑使致病 mRNA 水平下降为之前的 1/8，效果媲美已上市的反义寡核苷酸（ASO）药物，且无高剂量脱靶风险。

2、反式剪接，R-IscB 还能够在细胞中实现有效的反式剪接，将正确的 mRNA外显子片段引入突变mRNA的剪接位点，实现包括点突变、多点突变、外显子插入/缺失等多种错误的修复，有望用于简化囊性纤维化等复杂突变类型遗传病的治疗。

3、RNA 碱基编辑，将R-IscB 与腺苷脱氨酶 ADAR2 融合， 实现了A-to-I 的RNA单碱基精确替换，可用于在 mRNA 水平修复致病点突变。

4、RNA 切割降解，通过对R-IscB 的 HNH 核酸酶结构域进行工程化改造，进一步提高了其对单链 RNA 的切割活性，在细胞中显著降低目标 mRNA 的水平。

颠覆性优势：超越 Cas13

相比当前主流的 RNA 编辑工具 Cas13，R-IscB 具有多种颠覆性优势

1、零毒性：细胞生长实验证实，R-IscB 处理组细胞无死亡或形态异常，而 Cas13 处理组细胞在 24 小时内大量凋亡；

2、超高活性：在剪接调控、RNA 切割等场景中，效率碾压 Cas13；

3、小型化：R-IscB 的尺寸仅有 Cas13 的一半，更易装载于 AAV 病毒载体，适合进行体内递送，用于体内 RNA 编辑；

4、技术普适性：研究团队使用相同策略成功改造 4 种 Cas9 变体 NmeCas9、SaCas9、CjCas9、Cas9d，均使其获得了高效的 RNA 编辑能力。

该研究的亮点：

删除或破坏 TID 结构域会将 IscB 转变为一种 RNA 编辑酶 R-IscB；

R-IscB 的活性与 Cas13 相当，但没有明显的细胞毒性；

R-IscB 具有稳健的剪接干扰、A to I 编辑和反式剪接能力；

同样的方法将几种 Cas9 转变为高效的 RNA 编辑器。

总的来说，该研究通过 做减法 ，删除了 IscB 或 Cas9 中的 TID/PID 结构域，让它们从 基因剪刀 转变为 RNA手术刀 ，这项研究突破了 RNA 编辑的技术瓶颈，带来了高效且更具安全性的 RNA 编辑新工具，为RNA 疗法、基因调控及基础研究提供了全新选择。