Nature：基于RNA的新型编辑工具CellREADR可精确编辑任何类型的细胞

在一项新的研究中，来自美国杜克大学和冷泉港实验室的研究人员开发出一种基于RNA的编辑工具，它针对的是单个细胞，而不是基因。它能够精确靶向任何类型的细胞，并有选择地添加任何感兴趣的蛋白。该工具可能能够通过修改非常特定的细胞和细胞功能来控制疾病。相关研究结果于2022年10月5日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Programmable RNA sensing for cell monitoring and manipulation”。

在论文通讯作者、杜克大学神经生物学者Z. Josh Huang博士和论文第一作者、杜克大学博士后研究员Yongjun Qian博士的领导下，这些作者使用一种基于RNA的探针，证实他们可以在细胞中引入荧光标签，以标记特定类型的脑组织；一种光敏的开启/关闭开关，以沉默或激活他们选择的神经元；甚至一种自我摧毁酶，以精确清除一些细胞而不是其他细胞。

他们的选择性细胞监测和控制系统依赖于ADAR酶，这种酶存在于每种动物的细胞中。Huang说，虽然CellREADR（Cell access through RNA sensing by Endogenous ADAR, 通过内源性ADAR的RNA传感进行细胞访问）还处于早期阶段，但是潜在的应用似乎是无止境的，它有可能在整个动物界发挥作用。

Huang说，“我们很兴奋，因为这提供了一种简化的、可扩展的和可普及的技术，以监测和操纵任何动物的所有细胞类型。我们实际上可以修改特定类型的细胞功能来控制疾病，而不考虑它们最初的遗传易感性。这在目前的治疗方法或药物中是不可能的。”

CellREADR是一串可定制的RNA，由三个主要部分组成：一种传感序列、一种停止信号和一套蓝图。

首先，这些作者决定他们要研究的特定细胞类型，并确定由这种细胞类型独特产生的靶RNA。该工具显著的组织特异性依赖于这样一个事实，即每种细胞类型都会产生其他细胞类型所没有的特征性RNA。随后，他们设计一种传感序列作为靶RNA的互补链。就像DNA上的横档是由本身就相互配对的互补分子组成的，RNA也有同样的特性，如果它有匹配的分子，就能与另一个RNA片段配对连接在一起。

在这种传感序列进入细胞并找到它的靶RNA序列后，这两片段会结合在一起，形成一段双链RNA。这种新的双链RNA触发了ADAR酶来检查这种新产生的物质，然后改变它的代码的单个核苷酸。

ADAR酶是一种细胞防御机制，旨在当双链RNA发生时对它进行编辑，并被认为存在于所有动物细胞中。

了解到这一点后，Qian利用ADAR在双链RNA中编辑的相同特定核苷酸设计了CellREADR的停止信号。只有当CellREADR的传感序列与它的靶RNA序列结合在一起时，阻止蛋白蓝图表达的停止信号才会被移除，这使得它对特定的细胞类型具有高度的特异性。一旦ADAR移除停止信号，蛋白蓝图就可以被细胞中的分子机器读取，在目标细胞内表达新的蛋白。

在他们的论文中，Huang和他的团队对CellREADR进行了测试。Huang 说，“我记得两年前，当Qian建立了CellREADR的第一个迭代并在小鼠大脑中进行测试时，令我吃惊的是，他第一次尝试就取得了惊人的效果。”

单价和二价CellREADR载体的设计与测试。图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05280-1。

Huang团队的精心策划和设计得到了回报，因为他们随后能够证实CellREADR准确地标记了活体小鼠的特定大脑细胞群体，以及有效地添加了活性监测分子和控制开关。它在大鼠和从癫痫手术中收集的人类脑组织中也运作良好。

论文共同作者、杜克大学神经外科系助理教授Derek Southwell博士说，“有了CellREADR，我们可以挑选人群进行研究，并真正开始研究人脑中存在的全部细胞类型。”

Southwell希望CellREADR将提高他和其他人对人类大脑回路和这些回路中细胞的布线图的理解，并在这样做的过程中，帮助推进神经系统疾病的新疗法，比如他正在试验的一种有前途的治疗治疗抵抗性癫痫的新方法。

Huang和Qian对CellREADR作为“可编程RNA药物”可能治愈疾病的潜力特别有希望--因为这正是吸引他们俩从事科学的原因。他们已为这种技术申请了专利。

Qian说，“当我在本科时主修药理学时，我非常天真。我以为可以做很多事情，比如治愈癌症，但实际上这非常困难。然而，现在我想，是的，也许我们可以做到。” （生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Yongjun Qian et al. Programmable RNA sensing for cell monitoring and manipulation. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05280-1.

2. New RNA-based tool can illuminate brain circuits, edit specific cells
https://phys.org/news/2022-10-rna-based-tool-illuminate-brain-circuits.html