CRISPR遗传编辑向前迈出了一大步针对RNA

大多数人都听说过CRISPR / Cas9基因编辑技术，它可以作为靶向分子剪刀来切割和替代致病基因与健康基因。但DNA只是故事的一部分;许多遗传性疾病是由RNA问题引起的，RNA是一种翻译成蛋白质的DNA的工作副本。

现在，Salk研究所的科学家创造了一种新的工具，不是针对DNA，而是针对RNA，并用它来纠正痴呆患者细胞中的蛋白质失衡，使其恢复到健康水平。新的Salk工具，称为CasRx，为基因工程开辟了RNA和蛋白质的巨大潜力，为研究人员提供了开发新基因疗法以及研究基本生物学功能的有力方法。这项工作于2018年3月15日在Cell上发布。

“生物工程师就像大自然的侦探一样，寻找DNA模式的线索，以帮助解决遗传病的奥秘，”Helmsley-Salk研究员，新论文的高级作者Patrick Hsu说。“CRISPR已经彻底改变了基因组工程，我们希望将工具箱从DNA扩展到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在内的科学家已将其设计为强大的DNA靶向基因编辑工具。

Salk团队决定在细菌基因组中搜索可以靶向RNA的新CRISPR酶，然后将其设计用于解决RNA和所得蛋白质的问题。

例如，给定的RNA信息可以以不同的水平表达，并且其相对于其他RNA的平衡对于健康功能是关键的。此外，RNA可以以各种方式剪接以产生不同的蛋白质，但是剪接问题可导致诸如脊髓性肌萎缩，非典型囊性纤维化和额颞叶痴呆(FTD)的疾病。因此，针对由不正确的剪接引起的有毒RNA或RNA的药物可能对患有这些类型的破坏性疾病的人产生改变生命的影响。

“我们开始这个项目的假设是不同的CRISPR系统可能在细菌和它们的病毒之间的进化军备竞赛中被专门化，这可能使它们能够靶向病毒RNA，”Salk研究助理Silvana Konermann解释说，他是HHMI Hannah Gray研究员这篇论文的第一作者。

该团队开发了一个计算程序来搜索细菌DNA数据库中的CRISPR系统的特征：特定重复DNA序列的模式。在这样做的过程中，他们发现了一种靶向RNA的CRISPR酶家族，称之为Cas13d。

该团队意识到，就像Cas9家族一样，源自不同细菌物种的Cas13d酶的活性会有所不同，因此他们运行筛选以确定用于人体细胞的最佳版本。这个版本竟然是由肠道细菌瘤胃球菌XPD3002，这导致他们说出自己的工具CasRx。

“一旦我们设计出CasRx在人体细胞中运作良好，我们真的很想通过它的步伐，”Konermann说。

这意味着设计CasRx来解决与疾病相关的疾病：在这种情况下，神经退行性疾病是额颞叶痴呆(FTD)。在这种痴呆症中，两种版本的tau蛋白(也与阿尔茨海默病有关)的比例在神经元中是不平衡的。该团队通过遗传工程改造CasRx，以针对过量的tau蛋白版本的RNA序列进行靶向。他们通过将CasRx包装成病毒并将其传递给从FTD患者干细胞培养的神经元来实现这一目的。CasRx在将tau蛋白水平重新平衡至健康水平方面有80%的效果。

与靶向RNA的其他技术相比，CasRx由于其体积小(使其更易于包装到治疗相关的病毒载体中)而具有独特性，其高效性以及与RNA相比没有产生可辨别的脱靶效应的事实干扰。Salk团队对他们的工具为探索关于RNA和蛋白质功能的新生物学问题开辟的可能性以及解决RNA和基于蛋白质的疾病的治疗方法感到兴奋。

“大自然充满了许多秘密，”许补充道。“对于发明新技术来说，它确实是一种丰富的，尚未开发的资源。”