CRISPR新系统Cas12a2：从农业到抗癌的意外突破

在最新一期的《Behind the Breakthroughs》播客中，Confluence Genetics研发高级总监Matt Begemann博士讲述了从农业生物技术到肿瘤学应用的意外科学之旅。这项技术最初旨在改良作物，却意外地展现出对抗癌症的潜力。

从植物到癌症：Cas12a2的发现

Begemann在合成生物学职业生涯早期加入了农业生物技术公司Benson Hill，寻找植物友好的CRISPR核酸酶。他们发现的系统之一就是Cas12a2，公司将其命名为CasCLEAR。与常见的Cas9等基因编辑工具不同，Cas12a2并非主要用于基因编辑。在识别RNA靶标后，Cas12a2会发生构象变化，并广泛破坏核酸，可能导致靶细胞死亡。这种新颖的机制提示，Cas12a2可以选择性杀死携带致癌突变的细胞。

临床转化与挑战

CasCLEAR技术正在被授权用于临床转化。值得注意的是，Jennifer Doudna的实验室最近在培养的癌细胞和小鼠模型中展示了Cas12a2靶向EGFR和p53突变的应用潜力。然而，重大挑战依然存在，特别是递送、活性以及确保足够的特异性以避免伤害健康细胞。

Begemann解释说，Cas12a2是一种CRISPR核酸酶，结合靶向RNA的向导RNA后，会 indiscriminately 切割双链DNA、单链DNA和RNA，导致细胞死亡。从进化角度看，这类似于细菌免疫系统中的自毁模式，以牺牲单个细胞来拯救群体。在精准医学中，医生通过活检和测序了解癌症突变，如果能够将Cas12a2递送到细胞并识别信使RNA中的突变，就可以构建靶向化疗，仅摧毁携带癌症突变的细胞。

安全性与递送

安全性是转化到哺乳动物细胞和人类患者的关键问题。Begemann指出，识别需要非常精确，以靶向特定癌症。对于病毒插入诱导的癌症，如乙肝病毒相关的肝细胞癌，靶向病毒插入相对直接。下一步是靶向插入缺失突变，甚至单碱基突变。最近《自然》论文展示了p53突变的单碱基特异性。然而，活性挑战依然存在。如果能在前端确保特异性，并专注于 collateral activity 的自然功能，即切割双链DNA导致细胞死亡，那正是需要最大化的。

脱靶效应必须通过向导设计和核酸酶工程来解决。递送方式取决于癌症类型。例如，肝细胞癌可能使用脂质纳米颗粒，因为这是其最终到达的部位。其他癌症可能需要与合作伙伴共同开发递送载体，如病毒载体或其他修饰的脂质纳米颗粒。

超越癌症的应用

除了癌症，该技术还可应用于靶向抗菌剂，通过噬菌体等递送。在诊断领域，韩国和中国的研究团队已利用其 collateral activity 开发出针对H1N1和COVID病毒的诊断方法，实现了低水平检测。此外，该技术还可连接荧光探针，用于可视化致癌突变的存在。

Confluence Genetics专注于核酸酶本身，通过挖掘自然遗传多样性来寻找更好的酶。他们最近发布了三种新直系同源物的预印本，具有高活性和不同特异性。公司正与大学和CRO合作，在人类细胞领域进行工程化改造，并最终在递送领域合作，以推动该技术的应用。

来源：Inside Precision Medicine（英文原文，生物航编译，内容以原文为准）