Engineering platforms for editing RNA with single base resolution
单碱基分辨率 RNA 编辑工程平台
基本信息
- 批准号:9922944
- 负责人:
- 金额:$ 32.01万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2018
- 资助国家:美国
- 起止时间:2018-07-01 至 2022-04-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AdenineAdenosineAffinityAgricultureAmino Acid SequenceArchitectureBasic ScienceBindingBinding ProteinsBiologyBiotechnologyCancer EtiologyCellsChimeric ProteinsComplementary RNAComplexCoupledCustomCytidineCytidine DeaminaseDNADataDeaminaseDevelopmentDouble-Stranded RNAEngineeringEnzymesFamilyGTP-Binding Protein alpha Subunits, GsGenesGenetic DiseasesGenetic EngineeringGenomic DNAGoalsHumanInosineKnock-outLeadMammalian CellMediatingMedicineMendelian disorderMessenger RNAMethodsModificationMutationNonhomologous DNA End JoiningNucleic Acid BindingNucleotidesOutcomePathway interactionsPhenotypePoint MutationProtein Binding DomainProtein EngineeringProteinsProtocols documentationRNARNA BindingRNA EditingRNA ProbesRNA Recognition MotifRNA SequencesRNA-Binding ProteinsReagentResearchResolutionRiskSiteSite-Directed MutagenesisSpecificityTechnologyTestingWorkadenosine deaminaseapoB mRNA editing catalytic subunitbasebiophysical propertiesdesigngene therapygenome editinginnovationmembernovelnovel strategiesoff-target siteprogramsrepairedsynthetic biologytooltool developmenttranscriptome
项目摘要
Precise modification of genomic DNA with gene editing tools is revolutionizing many scientific fields
such as biotechnology and agriculture. Despite the rapid progress in genetic engineering, two important
limitations remain that hinder widespread use of DNA editing tools in biomedicine. (1) DNA editing tools simply
introduce stochastic mutations at target sites, which often lead to gene disruption. However, correction of most
genetic diseases requires precise introduction of point mutations at target loci. (2) Gene editing tools frequently
introduce mutations at off-target sites in genomic DNA. One alternative strategy to minimize this concern is
editing RNA, which does not necessarily introduce permanent or hereditable mutations.
Consequently, our long-term goal is to engineer tools for targeted modification of RNA with single base
resolution in human cells. Our central hypothesis is that the Pumilio and FBF (PUF) RNA binding domain can
be coupled with the cytidine deaminase APOBEC1 or the adenoside deaminase ADAR1 to introduce specific
mutations at target sites within the human transcriptome. However, the development of these tools will require
modification of some of the intrinsic biophysical properties of the three proteins.
We will pursue our goal through three specific aims, which will test the following hypotheses: (1) Site
specific mutagenesis of key residues within the PUF architecture can be used to modulate their binding affinity
and enable the creation of PUFs that selectively bind unique sequences within the human transcriptome. (2)
PUF-APOBEC1 fusion proteins will introduce specific user-defined sequences within the human transcriptome
without off-target effects by optimizing the sequence of the linkers tethering both proteins and removing the
protein-protein interaction domains in APOBEC1. (3) Heterologous RNA complementary of a target sequence
can be used to modify specific adenines using PUFs in complex with ADAR1.
This research is innovative because we will forward engineer proteins with distinct functions to create
novel genetic engineering tools for editing RNA, a promising new approach that has not been sufficiently
explored. These results will be significant because editing RNA with single base resolution will enable the
development of multiple gene therapies for correction of monogenic diseases or specific point mutations
causing cancer.
利用基因编辑工具对基因组 DNA 进行精确修饰正在给许多科学领域带来革命性的变化
例如生物技术和农业。尽管基因工程取得了快速进展,但有两个重要的问题
DNA 编辑工具仍然存在局限性,阻碍其在生物医学领域的广泛使用。 (1)简单的DNA编辑工具
在目标位点引入随机突变,这通常会导致基因破坏。然而,大多数的修正
遗传疾病需要在目标位点精确引入点突变。 (2)基因编辑工具频繁使用
在基因组 DNA 的脱靶位点引入突变。减少这种担忧的一种替代策略是
编辑 RNA,这并不一定会引入永久性或可遗传的突变。
因此,我们的长期目标是设计用于单碱基RNA靶向修饰的工具
人体细胞的分辨率。我们的中心假设是 Pumilio 和 FBF (PUF) RNA 结合域可以
与胞苷脱氨酶 APOBEC1 或腺苷脱氨酶 ADAR1 偶联,引入特异性
人类转录组内靶位点的突变。然而,这些工具的开发需要
改变这三种蛋白质的一些固有生物物理特性。
我们将通过三个具体目标来实现我们的目标,这将检验以下假设: (1) 场地
PUF结构内关键残基的特异性诱变可用于调节它们的结合亲和力
并能够创建选择性结合人类转录组内独特序列的 PUF。 (2)
PUF-APOBEC1 融合蛋白将在人类转录组中引入特定的用户定义序列
通过优化连接两种蛋白质的接头序列并去除脱靶效应
APOBEC1 中的蛋白质-蛋白质相互作用结构域。 (3) 与靶序列互补的异源RNA
可用于使用与 ADAR1 复合的 PUF 来修饰特定的腺嘌呤。
这项研究具有创新性,因为我们将通过正向工程设计具有不同功能的蛋白质来创造
用于编辑 RNA 的新型基因工程工具,这是一种有前途的新方法,但尚未得到充分的应用
探索过。这些结果意义重大,因为用单碱基分辨率编辑 RNA 将使
开发用于纠正单基因疾病或特定点突变的多种基因疗法
导致癌症。
项目成果
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