靶向RNA！最新Cell報道新型CRISPR，多位作者與張鋒有關

圖片來源：Cell（DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.02.033）

3月15日，發表在Cell雜誌上題為「Transcriptome Engineering with RNA-Targeting Type VI-D CRISPR Effectors」的研究中，Salk研究所的Patrick D. Hsu博士帶領團隊，開發出了一種新的靶向RNA的基因魔剪——CasRx，並用它糾正了來自痴呆患者的細胞中的蛋白質失衡，使它們恢復到了健康水平。

從DNA到RNA

CRISPRs實際上是細菌的免疫系統，包含多種防禦酶，如大家熟知的Cas9。基於Cas9，科學家們已經開發出了靶向DNA的基因編輯工具。

Hsu博士說：「CRISPR已經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，一個給定的RNA信息能夠在不同的水平表達，它相對於其他RNA的平衡對健康的功能至關重要。此外，RNA能夠通過多種方式被剪接，以產生不同的蛋白質；而剪接過程出現問題會導致疾病的發生，如脊髓性肌萎縮，非典型囊性纖維化和額顳痴呆（frontotemporal dementia，FTD）。因此，靶向「毒性RNAs」或「錯誤剪接產生的RNA」的藥物，有望對患這些毀滅性疾病的患者產生改變一生的影響。

From left: Peter Lotfy, Silvana Konermann, Patrick Hsu, Jennifer Oki and Nicholas Brideau（圖片來源：Salk Institute ）

最佳版本——CasRx

基於這樣的背景，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：「開始這個項目時，我們有這樣一個假設，即，在細菌與其入侵病毒的競賽中，不同的CRISPR系統可能具有專有的功能，包括能夠靶向病毒RNA。」

研究中，科學家們開發了一個計算程序來搜索細菌的DNA資料庫，以尋找CRISPR系統的信號：特定的重複DNA序列。在此過程中，他們發現了一個靶向RNA的CRISPR酶家族——Cas13d。

圖片來源：Cell

不過，研究小組意識到，就像Cas9家族一樣，來自不同種細菌的Cas13d酶，其活性也會有所不同，於是繼續搜索，以期找到能夠用於人類細胞的最佳版本的Cas13d酶。最終，科學家們發現，來自腸道細菌Ruminococcus flavefaciens XPD3002的Cas13d酶是他們想要的，並將其命名為CasRx。

CasRx (magenta) targeting RNA in the nucleus of human cells (gray). （圖片來源：Salk Institute ）

有效率達80%

與靶向RNA的其他技術相比，CasRx是獨特的，因為它尺寸小（使得它更容易被裝入治療相關的病毒載體）、有效性高，且與RNA干擾相比，沒有產生明顯的脫靶效應。

在神經退行性疾病FTD中，兩種版本tau蛋白的比率在神經元中失去了平衡。在該研究中，科學家們基因工程改造了CasRx，使其靶向過表達的tau蛋白對應的RNA序列。他們將CasRx包裝進一個病毒中，然後遞送到由FTD患者的幹細胞發育成的神經元中。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：「大自然充滿了如此多的秘密，它真的是發明新技術的豐富資源。」

與張鋒有關

根據Hsu Lab官網的介紹，Hsu博士曾在Broad研究所與張鋒一起工作，為CRISPR-Cas9技術用於有效、精準編輯真核細胞的早期發展做出了貢獻；同時，他也是張鋒與人聯合創辦的Editas Medicine的Lead Scientist，推動了這些基因編輯技術用於人類遺傳性疾病的治療。

圖片來源：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年發表的一篇關鍵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（現在被稱為 Cas13a）。論文發表後，Cas13a很快成了CRISPR圈的「新寵」。截止目前，科學家們已經發表了關於Cas13a的多項突破成果，包括不久前探索君介紹過的升級版診斷工具——SHERLOCK。

對於最新發現的、靶向RNA的CasRx酶，Hsu博士團隊也充滿了期待。他們認為，CasRx具有基因工程改造RNA和蛋白質的巨大潛能，它的誕生為研究人員開發新型基因療法以及調查基礎生物學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一步綻放它的光彩。

參考資料：

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