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Cell:重磅!发现靶向RNA的CRISPR/CasRx

来源:本站原创 2018-03-24 12:18


2018年3月24日/生物谷BIOON/---大多数人都听说过CRISPR/Cas9基因编辑技术,它作为靶向性的分子剪刀,切割致病性的基因,并利用健康的基因加以替换。但DNA仅是故事的一部分;许多遗传疾病是由RNA(特别是mRNA)上存在的问题引起的,其中mRNA是DNA经转录后产生的,所产生的mRNA经翻译后产生蛋白。

如今,在一项新的研究中,来自美国沙克生物研究所的研究人员构建出一种靶向RNA而不是靶向DNA的新工具,并利用它校正来自一名痴呆症患者的细胞中的蛋白不平衡,从而让它们恢复到健康水平。这种被称作CasRx的新工具为科学家们提供一种强大的方法来开发新的基因疗法和研究基础的生物学功能。相关研究结果于2018年3月15日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“Transcriptome Engineering with RNA-Targeting Type VI-D CRISPR Effectors”。
在人细胞的细胞核(灰色)中,靶向RNA的CasRx(洋红色),图片来自Salk Institute。

论文通信作者、沙克生物研究所的Patrick Hsu 说,“生物工程师就像自然界的侦探一样,在DNA模式中寻找线索来协助解决遗传疾病的奥秘。CRISPR引发了基因组工程变革,而且我们希望将这种工具从编辑DNA扩展到编辑RNA。”

CRISPR是细菌免疫系统,含有许多防御酶,如Cas9“分子剪刀”。包括Hsu在内的科学家已将Cas9改造为一种强大的DNA靶向基因编辑工具。

Hsu团队决定搜索细菌基因组以寻找能够靶向RNA的新型CRISPR酶,然后对它们进行基因改造而用于解决RNA及其产生的蛋白存在的问题。

比如,一种给定的RNA能够在不同水平上进行表达,而且它与其他RNA之间保持平衡对维持健康功能是至关重要的。此外,RNA能够以多种方式加以剪接,从而产生不同的蛋白,但是RNA剪接存在的问题能够导致诸如脊髓性肌萎缩、非典型性囊性纤维化和额颞叶痴呆(frontotemporal dementia, FTD)之类的疾病。因此,靶向有毒性的RNA或由不适当剪接产生的RNA的药物可能会对患上这些类型的破坏性疾病的患者产生改变人生的影响。

论文第一作者、沙克生物研究所研究员Silvana Konerman解释道,“我们先是假设不同的CRISPR系统可能是细菌和它们的病毒在进化上开展军备竞赛的过程中专门产生的,这潜在地让它们有能力靶向病毒RNA。”

Hsu团队开发出一种计算程序,从而在细菌DNA数据库中寻找CRISPR系统的特征信号:特定的重复DNA序列模式。通过这样做,他们发现一种靶向RNA的CRISPR酶家族,他们称之为Cas13d。

Hsu团队意识到就像Cas9家族一样,源自不同细菌种类的Cas13d酶在它们的活性也会有所不同,因此他们进行筛选,以便鉴定出一种可在人细胞中使用的最佳Cas13d版本。他们发现这种最佳版本来自一种肠道细菌:黄化瘤胃球菌(Ruminococcus flavefaciens)XPD3002,这导致他们将它命名为CasRx。

Konermann说,“一旦我们改造的CasRx在人细胞中工作良好,那么我们真地希望加快它的应用步伐。”

这意味着对CasRx进行改造来治疗疾病相关的症状:在这项研究中,指的是神经变性疾病额颞叶痴呆(FTD)。在这种痴呆症中,两种版本的tau蛋白(也参与阿尔茨海默病进展)的比例在神经元中失去平衡。Hsu团队对CasRx进行基因改造,使得它靶向过量表达的那种tau蛋白质版本的RNA序列。他们通过将CasRx包装到病毒中,并将它运送到由来自FTD患者的干细胞产生的神经元中来实现这一点。CasRx让tau水平恢复到健康水平的效率达到80%。

与靶向RNA的其他技术相比,CasRx因具有较小的尺寸(这使得很容易将它包装到治疗上相关的病毒载体中)和较高的效率而具有独特性,而且与RNA干扰相比,不产生明显的脱靶效应。Hsu团队对他们开发的工具有可能用于探究RNA和蛋白功能上存在的新问题和开发治疗基于RNA和蛋白的疾病的方法感到激动人心。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Silvana Konermann, Peter Lotfy, Nicholas J. Brideau et al. Transcriptome Engineering with RNA-Targeting Type VI-D CRISPR Effectors. Cell, Published online: March 15, 2018, doi:10.1016/j.cell.2018.02.033

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