Cell報(bào)道新型CRISPR：靶向RNA

熱門(mén)推薦：靶向RNA , 張鋒 , 新型CRISPR ,

作者：陳莫伊來(lái)源：轉(zhuǎn)載

2018-03-20

2018年開(kāi)年還不到一個(gè)季度，CRISPR領(lǐng)域的發(fā)文勢(shì)頭不減！近日，來(lái)自Salk生物學(xué)研究所的科學(xué)家們又在Cell雜志上發(fā)表了一項(xiàng)重要成果——靶向RNA的CRISPR技術(shù)！小編注意到，這個(gè)年輕的研究小組中，有多人與“大神”張鋒有關(guān)。

圖片來(lái)源：Cell（DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.02.033）

3月15日，發(fā)表在Cell雜志上題為“Transcriptome Engineering with RNA-Targeting Type VI-D CRISPR Effectors”的研究中，Salk研究所的Patrick D. Hsu博士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，開(kāi)發(fā)出了一種新的靶向RNA的基因魔剪——CasRx，并用它糾正了來(lái)自癡呆患者的細(xì)胞中的蛋白質(zhì)失衡，使它們恢復(fù)到了健康水平。

從DNA到RNA

CRISPRs實(shí)際上是細(xì)菌的免疫系統(tǒng)，包含多種防御酶，如大家熟知的Cas9?；贑as9，科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了靶向DNA的基因編輯工具。

Hsu博士說(shuō)：“CRISPR已經(jīng)徹底改變了基因組工程（genome engineering），而我們希望，能夠?qū)⑦@一工具所能靶向的目標(biāo)，從DNA，擴(kuò)展到RNA。”

研究人員解釋道，一個(gè)給定的RNA信息能夠在不同的水平表達(dá)，它相對(duì)于其他RNA的平衡對(duì)健康的功能至關(guān)重要。此外，RNA能夠通過(guò)多種方式被剪接，以產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)；而剪接過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致疾病的發(fā)生，如脊髓性肌萎縮，非典型囊性纖維化和額顳癡呆（frontotemporal dementia，F(xiàn)TD）。因此，靶向“**RNAs”或“錯(cuò)誤剪接產(chǎn)生的RNA”的藥物，有望對(duì)患這些毀滅性疾病的患者產(chǎn)生改變一生的影響。

From left: Peter Lotfy, Silvana Konermann, Patrick Hsu, Jennifer Oki and Nicholas Brideau（圖片來(lái)源：Salk Institute ）

版本——CasRx

基于這樣的背景，Hsu博士等決定繼續(xù)搜索細(xì)菌基因組，以尋找能夠靶向RNA的新CRISPR酶。

論文的第一作者Silvana Konermann博士說(shuō)：“開(kāi)始這個(gè)項(xiàng)目時(shí)，我們有這樣一個(gè)假設(shè)，即，在細(xì)菌與其入侵病毒的競(jìng)賽中，不同的CRISPR系統(tǒng)可能具有專(zhuān)有的功能，包括能夠靶向病毒RNA。”

研究中，科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一個(gè)計(jì)算程序來(lái)搜索細(xì)菌的DNA數(shù)據(jù)庫(kù)，以尋找CRISPR系統(tǒng)的信號(hào)：特定的重復(fù)DNA序列。在此過(guò)程中，他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)靶向RNA的CRISPR酶家族——Cas13d。

圖片來(lái)源：Cell

不過(guò)，研究小組意識(shí)到，就像Cas9家族一樣，來(lái)自不同種細(xì)菌的Cas13d酶，其活性也會(huì)有所不同，于是繼續(xù)搜索，以期找到能夠用于人類(lèi)細(xì)胞的版本的Cas13d酶。最終，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，來(lái)自腸道細(xì)菌Ruminococcus flavefaciens XPD3002的Cas13d酶是他們想要的，并將其命名為CasRx。

CasRx (magenta) targeting RNA in the nucleus of human cells (gray). （圖片來(lái)源：Salk Institute ）

有效率達(dá)80%

與靶向RNA的其他技術(shù)相比，CasRx是獨(dú)特的，因?yàn)樗叽缧。ㄊ沟盟菀妆谎b入治療相關(guān)的病毒載體）、有效性高，且與RNA干擾相比，沒(méi)有產(chǎn)生明顯的脫靶效應(yīng)。

在神經(jīng)退行性疾病FTD中，兩種版本tau蛋白的比率在神經(jīng)元中失去了平衡。在該研究中，科學(xué)家們基因工程改造了CasRx，使其靶向過(guò)表達(dá)的tau蛋白對(duì)應(yīng)的RNA序列。他們將CasRx包裝進(jìn)一個(gè)病毒中，然后遞送到由FTD患者的干細(xì)胞發(fā)育成的神經(jīng)元中。結(jié)果顯示，CasRx調(diào)整tau蛋白到健康水平的效率達(dá)到80%。

這些結(jié)果讓Hsu博士等感到非常興奮。他說(shuō)：“大自然充滿(mǎn)了如此多的秘密，它真的是發(fā)明新技術(shù)的豐富資源。”

與張鋒有關(guān)

根據(jù)Hsu Lab官網(wǎng)的介紹，Hsu博士曾在Broad研究所與張鋒一起工作，為CRISPR-Cas9技術(shù)用于有效、精準(zhǔn)編輯真核細(xì)胞的早期發(fā)展做出了貢獻(xiàn)；同時(shí)，他也是張鋒與人聯(lián)合創(chuàng)辦的Editas Medicine的Lead Scientist，推動(dòng)了這些基因編輯技術(shù)用于人類(lèi)遺傳性疾病的治療。

圖片來(lái)源：Science

除Hsu博士外，前文提到的Konermann博士也曾與張鋒共事。她是張鋒2016年發(fā)表的一篇關(guān)鍵Science論文（上圖）的共同作者。這篇論文首次描述一種靶向RNA的CRISPR酶——C2c2（現(xiàn)在被稱(chēng)為 Cas13a）。論文發(fā)表后，Cas13a很快成了CRISPR圈的“新寵”。截止目前，科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)表了關(guān)于Cas13a的多項(xiàng)突破成果，包括不久前探索君介紹過(guò)的升級(jí)版診斷工具——SHERLOCK（詳細(xì)：張鋒最新Science！CRISPR新功能升級(jí)，可用于腫瘤DNA等多種核酸檢測(cè)）。

對(duì)于最新發(fā)現(xiàn)的、靶向RNA的CasRx酶，Hsu博士團(tuán)隊(duì)也充滿(mǎn)了期待。他們認(rèn)為，CasRx具有基因工程改造RNA和蛋白質(zhì)的巨大潛能，它的誕生為研究人員開(kāi)發(fā)新型基因療法以及調(diào)查基礎(chǔ)生物學(xué)功能提供了強(qiáng)有力的方法。我們期待，這一魔剪家族的新成員能夠進(jìn)一步綻放它的光彩。

參考資料：

CRISPR genetic editing takes another big step forward, targeting RNA

Hsu Lab at Salk

點(diǎn)擊下圖，即刻登記觀(guān)展！