Cell：首次利用CRISPR-Cas9靶向活细胞中的RNA

来源：生物谷作者：人气：-发表时间：2016-03-22 09:28:00【大中小】

从眼睛颜色到疾病易感性在内的一切，都是由DNA中储存的遗传密码决定的。科学家们已经展开对人类基因组的测序，并开发出改变这种遗传密码的方法，但是很多疾病与另一种基础生物分子RNA相关。鉴于RNA携带的遗传密码来自细胞核，科学家长期以来就一直在寻求一种能够靶向作用于活细胞中的RNA的高效方法。如今，来自美国加州大学圣地亚哥分校的研究人员通过将一种流行的DNA编辑技术CRISPR-Cas9应用到RNA上实现了这一壮举。相关研究结果于2016年3月17日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Programmable RNA tracking in Live Cells with CRISPR/Cas9”。

论文通信作者、加州大学圣地亚哥分校细胞与分子医学副教授Gene Yeo博士说，“据我们所知，这项研究是首次利用CRISPR-Cas9靶向作用于活细胞中的RNA。我们当前的研究着重追踪RNA在活细胞内的运动，但是未来的[进一步]开发可能能够让科学家”测量其他的RNA特征或者开发出治疗方法校正导致疾病的RNA行为。”

RNA在细胞中的位置---它如何和何时到达这个位置---能够影响蛋白是否在合适位置和适合时间产生。比如，在大脑突触中起着重要作用的蛋白是由位于突触的RNA产生的。RNA转运缺陷与包括从自闭症到癌症在内的很多疾病相关联，因此科学家需要测量RNA运动的方法以便开发出治疗这些疾病的方法。

编辑和测量DNA---作为改变蛋白产生、研究其背后的生物学机制以及校正这些缺陷治疗疾病的手段---的努力在过去几年取得重大进展。这正是科学家发现他们能够选择CRISPR-Cas9并且利用它编辑哺乳动物系统中的基因的时候。

正常情形下，CRISPR-Cas9是这样工作的：设计一种与特异性靶基因序列相匹配的向导RNA（gRNA）。这种gRNA引导Cas9酶到基因组所需编辑的位点上并在那里切割靶基因DNA序列。细胞不准确性地修复这种DNA断裂，因而让这种基因失活，或者利用经过校正的基因版本替换切口附近的DNA片段。

在此之前，CRISPR-Cas9只能被用来操纵DNA。在这项新的研究中，Yeo和同事们基于这种技术开发出一种灵活的靶向作用于活细胞中RNA的方法，该方法也被称作RNA靶向Cas9（RNA-targeted Cas9，RCas9）。

为了靶向作用于RNA而不是DNA，研究人员改变CRISPR-Cas9系统的几种特征。基于论文共同作者、加州大学伯克利分校研究员Jennifer Doudna博士之前的研究，研究人员设计出一种短的被称作PAMmer的核酸片段，它与gRNA一起将Cas9引导到RNA分子上。

为了测试这种新的系统，Yeo和同事们利用它靶向作用于编码蛋白ACTB、TFRC和CCNA2的RNA。他们随后观察与一种荧光蛋白融合在一起的Cas9，结果揭示出RNA迁入应激颗粒（stress granules）---当细胞处于应激时，在细胞胞质中形成的蛋白和RNA簇集物---内部。应激颗粒与诸如肌萎缩性脊髓侧索硬化症（ALS）之类的神经退行性疾病相关联。这一系统允许他们在一段时间内在活细胞中追踪RNA，同时不需要其他RNA追踪技术中经常使用的人工标记物，而后者通常会干扰正常的细胞过程。

论文第一作者、Yeo实验室加州大学圣地亚哥分校雅各布工程学院研究生David Nelles说，“CRISPR-Cas9因能够靶向结合和修饰人类DNA而正在引发基因组学和医学变革。DNA是生命的基本构造元件。我们才刚开始观察利用CRISPR-Cas9改造基因组的影响，但是包括癌症和自闭症在内的疾病与另一个基本的生物分子---RNA---存在的缺陷相关联。”