科学家们第一次使用CRISPR-Cas9靶向活细胞中的RNA

存储在DNA中的遗传密码决定了从我们眼睛的颜色到我们对疾病的易感性的一切。这促使科学家对人类基因组进行测序并开发改变遗传密码的方法，但许多疾病与不同的基本分子有关：RNA。作为从细胞核携带遗传密码的中间遗传物质，科学家长期以来一直寻求一种有效的方法来靶向活细胞中的RNA。加利福尼亚大学圣地亚哥医学院的研究人员现在通过将流行的DNA编辑技术CRISPR-Cas9应用于RNA来实现这一目标。

该研究报告于2016年3月17日发表于Cell。

“据我们所知，这项工作是用CRISPR-Cas9靶向活细胞中RNA的第一个例子，”资深作者，细胞与分子医学副教授Gene Yeo博士说。“我们目前的工作重点是跟踪细胞内RNA的运动，但未来的发展可以使研究人员能够测量其他RNA特征或推进治疗方法以纠正导致疾病的RNA行为。”

RNA在细胞中的位置 - 以及它何时何地到达 - 可以影响蛋白质是否在适当的时间和地点产生。例如，对于大脑中神经元连接重要的蛋白质(称为突触)是由位于这些接触处的RNA产生的。有缺陷的RNA转运与从孤独症到癌症的许多疾病有关，研究人员需要测量RNA运动的方法，以便开发这些疾病的治疗方法。

编辑和测量DNA的努力 - 作为改变蛋白质生产，研究潜在生物学和纠正缺陷来治疗疾病的手段 - 几年前得到了很大的推动。那时研究人员发现他们可以使用CRISPR-Cas9，这是一种天然存在的防御机制，细菌用来抵御入侵的细菌，并将其用于编辑哺乳动物系统中的基因。

通常，CRISPR-Cas9的工作方式如下：研究人员设计了一种“指导”RNA，以匹配特定靶基因的序列。RNA将Cas9酶导向基因组中的所需位点，在此处切割DNA。细胞不精确地修复DNA断裂，从而使基因失活，或者研究人员用修正版本的基因替换切口附近的切片。

到目前为止，CRISPR-Cas9只能用于操纵DNA。加州大学伯克利分校的Yeo及其同事已应用该技术开发了一种灵活的靶向活细胞RNA的方法，也称为靶向RNA的Cas9(RCas9)。

为了靶向RNA而不是DNA，研究人员改变了CRISPR-Cas9系统的几个特征。在加州大学伯克利分校的共同作者Jennifer Doudna博士的前期工作基础上，他们设计了一种称为PAMmer的短核酸，它与指导RNA一起将Cas9导向RNA分子。

为了测试该系统，Yeo的团队针对编码蛋白质ACTB，TFRC和CCNA2的RNA。然后他们看到Cas9与荧光蛋白融合，揭示了RNA在应力颗粒中的运动，这是一种蛋白质和RNA的簇，当细胞处于压力下时，它们在细胞的胞质溶胶(细胞核外的区域)中形成。应激颗粒与神经退行性疾病有关，例如肌萎缩侧索硬化症(ALS)。该系统使团队能够在活细胞中随时间跟踪RNA ，而无需其他RNA跟踪技术中常用的人工标签 - 这种方法可能会干扰正常的细胞过程。

“CRISPR-Cas9基于其靶向和修饰人类DNA的能力支持基因组学和医学领域的革命，”加州大学圣地亚哥雅各布斯工程学院的研究生，该研究的第一作者David Nelles说。“DNA是生命的基本组成部分，我们刚刚开始看到基因组工程对CRISPR-Cas9的影响，但包括癌症和自闭症在内的许多疾病与另一种基本生物分子-RNA的问题有关。”

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