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Pac-Man-like CRISPR酶具有疾病诊断的潜力

2019-06-24 08:55:52 • 来源：

加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员已经描述了10种新的CRISPR酶，它们一旦被激活，就像Pac-Man一样以一种可用作感染性病毒敏感探测器的方式来咀嚼RNA。

Pac-Man-like CRISPR酶具有疾病诊断的潜力

新的CRISPR酶是CRISPR蛋白Cas13a的变体，加州大学伯克利分校的研究人员去年9月在Nature报道的这些酶可用于检测RNA的特定序列，例如病毒。他们发现，一旦CRISPR-Cas13a与其靶RNA结合，它就会开始不加选择地切割所有RNA，轻易切割与报告分子相连的RNA，使其发荧光以允许信号检测。

Broad研究所的两个研究小组随后将CRISPR-Cas13a与RNA扩增配对，并显示他们称为SHERLOCK的系统可检测极低浓度的病毒RNA，检测登革热和寨卡病毒RNA的存在。

这种系统可用于检测任何类型的RNA，包括癌细胞特有的RNA。

虽然UC Berkeley和Broad团队使用的原始Cas13a酶在一种特定核酸尿嘧啶上切割RNA，但三种新的Cas13a变体在腺嘌呤处切割RNA。这种差异允许同时检测两种不同的RNA分子，例如来自两种不同的病毒。

“我们已经进一步研究Cas13a家族的其他同源物，这些同源物具有不同的核苷酸偏好，能够同时检测不同的报告基因，例如红色和绿色荧光信号，允许多重酶促检测系统，”第一作者Alexandra East-Seletsky说，她是CRISPR-Cas9基因编辑工具的发明者之一Jennifer Doudna实验室的加州大学伯克利分校研究生。East-Seletsky也是九月自然论文的共同第一作者。

East-Seletsky，Doudna及其加州大学伯克利分校的同事将在5月4日的“分子细胞”杂志上报道他们的发现。

RNA杀死狂欢

CRISPR-Cas13a家族(以前称为CRISPR-C2c2)与CRISPR-Cas9有关，后者已经彻底改变了生物医学研究和治疗，因为它易于将其靶向切割或编辑的独特DNA序列。虽然Cas9蛋白在特定序列上切割双链DNA，但Cas13a蛋白 - 一种被称为核酸酶的核酸切割酶 - 锁定在特定的RNA序列上，不仅可以切割特定的RNA，而且可以切断和破坏所有RNA都存在。

“考虑到Cas13a与其RNA靶标之间的结合作为开关 - 开关 - 目标结合使酶成为细胞中的吃豆人，咀嚼附近的所有RNA，”East-Seletsky说。这种RNA杀伤狂欢可以杀死细胞。

加州大学伯克利分校的研究人员在9月份的自然科学论文中指出，CRISPR-Cas13a的Pac-Man活性是其在细菌中的主要作用，旨在杀死传染性病毒或噬菌体。作为一些细菌的免疫系统的一部分，它允许被感染的细胞自杀以拯救他们的姐妹微生物免于感染。其他细菌中也存在类似的非CRISPR自杀系统。

加州大学伯克利分校的研究人员随后搜索了细菌基因组数据库，并发现了10种其他Cas13a样蛋白，他们合成并研究这些蛋白以评估其发现和切割RNA的能力。其中，七个与原始的Cas13a相似，而三个在切割RNA的地方不同。RNA在细胞内起着许多作用，包括作为信使RNA - DNA的工作拷贝 - 由四种不同的核苷酸组成：腺嘌呤，胞嘧啶，鸟嘌呤和尿嘧啶。

“基于我们的原创工作，我们现在表明，可以将这些酶复合在一起，扩大技术范围，”East-Seletsky说。“CRISPR-Cas13a家族中存在如此多的多样性，可用于许多应用，包括RNA检测。”

Doudna，分子生物学和化学教授以及Howard Hughes医学研究所的研究员指出，检测传染性RNA可能需要也可能不需要扩增，这是一个复杂的步骤。

“我们的目的是开发用于即时诊断的Cas13a酶系列，这些酶具有强大且易于部署的优势，”Doudna说。

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