Science：新研究发现可以利用 III 型CRISPR/Cas系统精准修复人体细胞RNA

在一项新的研究中，来自美国蒙大拿州立大学的研究人员展示了如何利用 CRISPR编辑 RNA（DNA 的化学近亲）。他们揭示了人体细胞中的一种新过程，它具有治疗多种遗传疾病的潜力。

相关研究结果于2024年4月25日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Repair of CRISPR-guided RNA breaks enables site-specific RNA excision in human cells”。这项新的研究由蒙大拿州立大学农学院微生物学与细胞生物学系教授Blake Wiedenheft、博士后研究员Artem Nemudryi和Anna Nemudraia共同完成。这一发现成功解锁了CRISPR技术在RNA层面的编辑新潜能，开启了精准医疗的新篇章。

CRISPR是细菌用来识别和抵御噬菌体的一种免疫系统。作为美国顶尖的 CRISPR 研究人员之一，Wiedenheft说，该系统多年来一直用于切割和编辑 DNA，但将类似技术应用于 RNA 是前所未有的。

DNA 编辑使用的是一种叫做 Cas9 的 CRISPR 相关蛋白，而编辑 RNA 则需要使用另一种叫做 III 型CRISPR/Cas的 CRISPR 系统。Nemudryi说，“在我们之前的研究工作中，我们使用III型CRISPR成功编辑了病毒RNA。但我们想知道，我们能否在活的人细胞中编程操纵 RNA？”

为了探索这个问题，这些作者对III型CRISPR蛋白进行了编程，切割含有导致囊性纤维化突变的RNA，从而恢复细胞功能。

Wiedenheft说，“我们有信心利用这些CRISPR系统以可编程的方式切割RNA，但当我们惊喜地观察到细胞自身机制能将受损RNA“缝合”，有效移除致病突变，恢复细胞正常功能。我们都大吃一惊。”

Nemudryi 指出，RNA 在细胞内是短暂存在的；它不断被破坏和替换。他说，“人们普遍认为，修复 RNA 没有多大意义。我们推测，RNA在活的人体细胞中会被修复，证明RNA编辑在遗传疾病治疗上的巨大潜力。”

Nemudryi 说，RNA 编辑在寻找遗传疾病的治疗方法方面具有重要的应用价值。RNA 是细胞中作为模板的DNA 的临时拷贝。他说，通过编辑DNA来操纵模板可能会导致不必要的、潜在的、不可逆转的附带变化，但由于RNA是一个临时拷贝，因此所做的编辑基本上是可逆的，风险要小得多。

图片来自Science, 2024, doi:10.1126/science.adk5518

Nemudraia说，“人们使用 Cas9 来断裂 DNA，并研究细胞如何修复这些断裂。然后，根据这些模式，他们改进了Cas9编辑器。在这项新的研究中，我们希望同样的情况也能发生在RNA编辑上。我们构建了一种工具，让我们能够研究细胞如何修复它们的RNA，我们希望利用这些知识让RNA编辑器更有效率。”

在这项的论文中，这些作者发现导致囊性纤维化的突变可以成功地从RNA中去除。但这只是成千上万种已知致病突变中的一种。当Nemudryi和Nemudraia完成在蒙大拿州立大学的博士后培训并准备今年秋天到佛罗里达大学担任教职时，有多少突变可以用这种新的RNA编辑技术来解决，这个问题将指导他们今后的工作。

Nemudraia 说，“我们的导师Wiedenheft教导我们不要害怕测试任何想法。作为一名科学家，你应该勇敢，不怕失败。RNA 编辑和修复是未知领域。这很可怕，但也令人兴奋。你会觉得自己是在科学的边缘工作，将极限推向了前人从未涉足的领域。”（生物谷Bioon.com）

参考资料：

Anna Nemudraia et al. Repair of CRISPR-guided RNA breaks enables site-specific RNA excision in human cells. Science, 2024, doi:10.1126/science.adk5518.

Scientists' research on RNA editing illuminates possible lifesaving treatments for genetic diseases
https://www.montana.edu/news/23722/montana-state-scientists-research-on-rna-editing-illuminates-possible-lifesaving-treatments-for-genetic-diseases