2026年1月2日，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院伊成器教授團(tuán)隊在Nature Biotechnology雜志（IF=41.7)在線發(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AIM（adjustable RNA information manipulation）。該平臺突破了目前RNA堿基編輯工具“單點編輯”的限制，實現(xiàn)了在RNA靶向區(qū)域內(nèi)對不同數(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。

研究亮點

提出”RNA編輯窗口“的概念：通過特殊設(shè)計的“環(huán)狀引導(dǎo)RNA”（LF-gRNA），在目標(biāo)RNA上形成一個大小可調(diào)的單鏈環(huán)區(qū)，使編輯器只作用于環(huán)內(nèi)暴露的堿基，而雙鏈區(qū)域則受到保護(hù)。通過調(diào)整環(huán)的大小，可精準(zhǔn)控制編輯的堿基數(shù)量與位置。

構(gòu)建多功能RNA編輯工具箱：

（1）AIM-A：A-to-I編輯，高效且脫靶低；（2）AIM-C：C-to-U編輯，無A-to-I副活性，特異性高；（3）AIM-A&C：首次實現(xiàn)同一RNA分子內(nèi)A和C的同時編輯，極大擴(kuò)展了編碼與非編碼RNA的改寫能力。

成功糾正提前終止密碼子（UAA）：約22%的無義突變屬于UAA類型，傳統(tǒng)RNA編輯工具難以同時改寫兩個A。AIM在小鼠杜氏肌營養(yǎng)不良（DMD）模型中實現(xiàn)最高27%的雙A同時編輯，恢復(fù)約20%的肌營養(yǎng)不良蛋白表達(dá)，顯著改善肌肉病理。

精準(zhǔn)操控相鄰磷酸化位點，調(diào)控蛋白質(zhì)功能：利用AIM的可調(diào)編輯窗口，對多個蛋白的相鄰磷酸化密碼子進(jìn)行單點或雙點同時突變，成功改變蛋白質(zhì)穩(wěn)定性與功能。

主要研究內(nèi)容

AIM平臺由三個核心元件構(gòu)成：負(fù)責(zé)RNA靶向定位的 dCas13 蛋白、經(jīng)過理性設(shè)計單鏈RNA脫氨酶TadA，以及一種特殊設(shè)計的可成環(huán)向?qū)NA（Loop-forming gRNA，LF-gRNA）。

LF-gRNA在目標(biāo)序列兩側(cè)與靶RNA形成互補配對，從而在中間區(qū)域誘導(dǎo)形成一個局部單鏈RNA環(huán)區(qū)。該環(huán)區(qū)中的堿基充分暴露，成為單鏈RNA脫氨酶作用的有效底物；與此同時，環(huán)區(qū)兩側(cè)形成的雙鏈RNA結(jié)構(gòu)則對鄰近序列起到屏蔽作用，有效限制脫氨反應(yīng)向非目標(biāo)區(qū)域擴(kuò)散。通過調(diào)節(jié)LF-gRNA誘導(dǎo)的單鏈環(huán)區(qū)長度與相對位置，AIM實現(xiàn)了對RNA編輯窗口大小與覆蓋范圍的精確控制，從而在靶向區(qū)域內(nèi)完成單堿基或多堿基的可控編輯。

在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊對TadA脫氨酶進(jìn)行了系統(tǒng)性的蛋白質(zhì)工程改造，構(gòu)建了具有不同編輯特性的AIM工具體系(圖1），從而將AIM從單一編輯模式拓展為多功能RNA編輯平臺：

AIM-A / AIM-Amax：通過優(yōu)化TadA對腺嘌呤的催化活性與局部特異性，實現(xiàn)高效、可控的 A-to-I 編輯（RNA ABE）；

AIM-C / AIM-Cmax：通過重塑TadA底物選擇性，獲得具有穩(wěn)定C-to-U編輯活性的變體，建立了一種不依賴ADAR或APOBEC家族的新型RNA CBE體系；

AIM-A&C / AIM-A&Cmax：在同一脫氨酶框架內(nèi)整合A-to-I與C-to-U活性，實現(xiàn)A與C在同一RNA分子、同一編輯窗口內(nèi)的同時編輯（RNA ACBE）。AIM平臺能夠覆蓋多種RNA堿基編輯需求，為復(fù)雜RNA信息重寫提供了高度模塊化的技術(shù)基礎(chǔ)。

圖1?AIM平臺的設(shè)計原理和功能

依托AIM平臺在編輯窗口上的靈活性與編輯類型上的多樣性，研究團(tuán)隊完成了多項現(xiàn)有RNA編輯工具難以實現(xiàn)的功能性應(yīng)用驗證。

首先，在提前終止密碼子UAA的通讀場景中，AIM展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。UAA終止信號的解除需要在同一密碼子內(nèi)實現(xiàn)兩個腺嘌呤位點的同時編輯，而傳統(tǒng)RNA編輯工具通常僅能高效作用于單一A位點。利用AIM-Amax系統(tǒng)，研究團(tuán)隊在多個轉(zhuǎn)錄本中實現(xiàn)了同一密碼子內(nèi)兩個A位點的同步編輯，從而成功誘導(dǎo)UAA向可讀密碼子的功能性重編碼。進(jìn)一步在囊性纖維化細(xì)胞模型及杜氏肌營養(yǎng)不良小鼠模型中，研究者檢測到全長蛋白的表達(dá)恢復(fù)及相應(yīng)生理功能改善，驗證了AIM在疾病相關(guān)場景中的應(yīng)用潛力（圖2）。

此外，研究團(tuán)隊將AIM平臺用于蛋白翻譯后修飾相關(guān)RNA信息的操縱。鑒于翻譯后修飾具有動態(tài)性和可逆性，其編碼密碼子成為RNA層面功能干預(yù)的理想靶點。通過AIM對單個或相鄰磷酸化相關(guān)密碼子進(jìn)行定向改寫，研究團(tuán)隊實現(xiàn)了對蛋白穩(wěn)定性與功能狀態(tài)的精準(zhǔn)調(diào)控，進(jìn)一步拓展了AIM在功能RNA信息操縱方面的適用范圍。

圖2?AIM在RNA信息操縱中的應(yīng)用

為系統(tǒng)評估AIM平臺的安全性，研究團(tuán)隊對其RNA與DNA層面的潛在脫靶效應(yīng)進(jìn)行了多維度分析。全轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果顯示，AIM在RNA層面的非靶向編輯事件數(shù)量較低，且未引起顯著的全局基因表達(dá)變化。

在DNA層面，研究者采用R-loop assay及靶向DNA擴(kuò)增子深度測序，對潛在DNA脫靶編輯進(jìn)行評估。結(jié)果顯示，AIM在DNA上的編輯水平與陰性對照無顯著差異。此外，在細(xì)胞和動物模型中均未觀察到AIM誘導(dǎo)的免疫激活反應(yīng)，表明該平臺具有良好的生物安全性。

研究意義

AIM平臺通過LF-gRNA介導(dǎo)的RNA結(jié)構(gòu)重塑，實現(xiàn)了在特定RNA區(qū)域內(nèi)對多個堿基的精確操縱，并在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)拓展了A-to-I、C-to-U以及A&C 同時編輯等多種編輯模式。

該平臺兼具高度可編程性、良好的特異性與安全性，為RNA編輯從“單點編輯”邁向“信息操縱”提供了新的技術(shù)范式。

未來，AIM有望應(yīng)用于RNA二級結(jié)構(gòu)、翻譯調(diào)控元件以及RNA–RNA或RNA–蛋白相互作用位點等功能元件的精確操縱，成為解析與重塑RNA功能的重要工具。