2018年開(kāi)年還不到一個(gè)季度，CRISPR領(lǐng)域的發(fā)文勢頭不減！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)團隊，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)自癡呆患者的細胞中的蛋白質(zhì)失衡，使它們恢復到了健康水平。
從DNA到RNA
CRISPRs實(shí)際上是細菌的免疫系統，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，能夠將這一工具所能靶向的目標，從DNA，擴展到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，它相對于其他RNA的平衡對健康的功能至關(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)程出現問(wèn)題會(huì )導致疾病的發(fā)生，如脊髓性肌萎縮，非典型囊性纖維化和額顳癡呆（frontotemporal dementia，FTD）。因此，靶向“**RNAs”或“錯誤剪接產(chǎn)生的RNA”的藥物，有望對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博士等決定繼續搜索細菌基因組，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)項目時(shí)，我們有這樣一個(gè)假設，即，在細菌與其入侵病毒的競賽中，不同的CRISPR系統可能具有專(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)計算程序來(lái)搜索細菌的DNA數據庫，以尋找CRISPR系統的信號：特定的重復DNA序列。在此過(guò)程中，他們發(fā)現了一個(gè)靶向RNA的CRISPR酶家族——Cas13d。
圖片來(lái)源：Cell
不過(guò)，研究小組意識到，就像Cas9家族一樣，來(lái)自不同種細菌的Cas13d酶，其活性也會(huì )有所不同，于是繼續搜索，以期找到能夠用于人類(lèi)細胞的版本的Cas13d酶。最終，科學(xué)家們發(fā)現，來(lái)自腸道細菌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80%
與靶向RNA的其他技術(shù)相比，CasRx是獨特的，因為它尺寸?。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。
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)表達的tau蛋白對應的RNA序列。他們將CasRx包裝進(jìn)一個(gè)病毒中，然后遞送到由FTD患者的干細胞發(fā)育成的神經(jīng)元中。結果顯示，CasRx調整tau蛋白到健康水平的效率達到80%。
這些結果讓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、精準編輯真核細胞的早期發(fā)展做出了貢獻；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的多項突破成果，包括不久前探索君介紹過(guò)的升級版診斷工具——SHERLOCK（詳細：張鋒最新Science！CRISPR新功能升級，可用于腫瘤DNA等多種核酸檢測）。
對于最新發(fā)現的、靶向RNA的CasRx酶，Hsu博士團隊也充滿(mǎn)了期待。他們認為，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查基礎生物學(xué)功能提供了強有力的方法。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
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