Cell：利用CRISPR-Cas9靶向活細(xì)胞中的RNA

來源：生物谷作者：人氣：-發(fā)表時間：2016-03-22 09:28:00【大中小】

從眼睛顏色到疾病易感性在內(nèi)的一切，都是由DNA中儲存的遺傳密碼決定的。科學(xué)家們已經(jīng)展開對人類基因組的測序，并開發(fā)出改變這種遺傳密碼的方法，但是很多疾病與另一種基礎(chǔ)生物分子RNA相關(guān)。鑒于RNA攜帶的遺傳密碼來自細(xì)胞核，科學(xué)家長期以來就一直在尋求一種能夠靶向作用于活細(xì)胞中的RNA的高效方法。如今，來自美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員通過將一種流行的DNA編輯技術(shù)CRISPR-Cas9應(yīng)用到RNA上實現(xiàn)了這一壯舉。相關(guān)研究結(jié)果于2016年3月17日在線發(fā)表在Cell期刊上，論文標(biāo)題為“Programmable RNA tracking in Live Cells with CRISPR/Cas9”。

論文通信作者、加州大學(xué)圣地亞哥分校細(xì)胞與分子醫(yī)學(xué)副教授Gene Yeo博士說，“據(jù)我們所知，這項研究是利用CRISPR-Cas9靶向作用于活細(xì)胞中的RNA。我們當(dāng)前的研究著重追蹤RNA在活細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)動，但是未來的[進(jìn)一步]開發(fā)可能能夠讓科學(xué)家”測量其他的RNA特征或者開發(fā)出治療方法校正導(dǎo)致疾病的RNA行為。”

RNA在細(xì)胞中的位置---它如何和何時到達(dá)這個位置---能夠影響蛋白是否在合適位置和適合時間產(chǎn)生。比如，在大腦突觸中起著重要作用的蛋白是由位于突觸的RNA產(chǎn)生的。RNA轉(zhuǎn)運(yùn)缺陷與包括從自閉癥到癌癥在內(nèi)的很多疾病相關(guān)聯(lián)，因此科學(xué)家需要測量RNA運(yùn)動的方法以便開發(fā)出治療這些疾病的方法。

編輯和測量DNA---作為改變蛋白產(chǎn)生、研究其背后的生物學(xué)機(jī)制以及校正這些缺陷治療疾病的手段---的努力在過去幾年取得重大進(jìn)展。這正是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)他們能夠選擇CRISPR-Cas9并且利用它編輯哺乳動物系統(tǒng)中的基因的時候。

正常情形下，CRISPR-Cas9是這樣工作的：設(shè)計一種與特異性靶基因序列相匹配的向?qū)NA（gRNA）。這種gRNA引導(dǎo)Cas9酶到基因組所需編輯的位點上并在那里切割靶基因DNA序列。細(xì)胞不準(zhǔn)確性地修復(fù)這種DNA斷裂，因而讓這種基因失活，或者利用經(jīng)過校正的基因版本替換切口附近的DNA片段。

在此之前，CRISPR-Cas9只能被用來操縱DNA。在這項新的研究中，Yeo和同事們基于這種技術(shù)開發(fā)出一種靈活的靶向作用于活細(xì)胞中RNA的方法，該方法也被稱作RNA靶向Cas9（RNA-targeted Cas9，RCas9）。

為了靶向作用于RNA而不是DNA，研究人員改變CRISPR-Cas9系統(tǒng)的幾種特征。基于論文共同作者、加州大學(xué)伯克利分校研究員Jennifer Doudna博士之前的研究，研究人員設(shè)計出一種短的被稱作PAMmer的核酸片段，它與gRNA一起將Cas9引導(dǎo)到RNA分子上。

為了測試這種新的系統(tǒng)，Yeo和同事們利用它靶向作用于編碼蛋白ACTB、TFRC和CCNA2的RNA。他們隨后觀察與一種熒光蛋白融合在一起的Cas9，結(jié)果揭示出RNA遷入應(yīng)激顆粒（stress granules）---當(dāng)細(xì)胞處于應(yīng)激時，在細(xì)胞胞質(zhì)中形成的蛋白和RNA簇集物---內(nèi)部。應(yīng)激顆粒與諸如肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥（ALS）之類的神經(jīng)退行性疾病相關(guān)聯(lián)。這一系統(tǒng)允許他們在一段時間內(nèi)在活細(xì)胞中追蹤RNA，同時不需要其他RNA追蹤技術(shù)中經(jīng)常使用的人工標(biāo)記物，而后者通常會干擾正常的細(xì)胞過程。

論文第一作者、Yeo實驗室加州大學(xué)圣地亞哥分校雅各布工程學(xué)院研究生David Nelles說，“CRISPR-Cas9因能夠靶向結(jié)合和修飾人類DNA而正在引發(fā)基因組學(xué)和醫(yī)學(xué)變革。DNA是生命的基本構(gòu)造元件。我們才剛開始觀察利用CRISPR-Cas9改造基因組的影響，但是包括癌癥和自閉癥在內(nèi)的疾病與另一個基本的生物分子---RNA---存在的缺陷相關(guān)聯(lián)。”