张锋Nature新发现:靶向哺乳动物细胞RNA

日期: 2017年10月10日


    

导读:最近,张锋研究组证实了切割RNA的Cas13a酶能够特异性地降低哺乳动物细胞中的内源性RNA和报告RNA水平。并指出这种方法比RNA干扰(RNAi)的效率更高,能被用于抑制细胞RNA靶标,结合和富集感兴趣的RNA,以及通过序列特异结合对细胞内的RNA进行成像。赛业小编为您推荐“张锋Nature新发现:靶向哺乳动物细胞RNA”,详情如下:


CRISPR这一明星技术在基因组DNA编辑方面发挥了许多重要的作用,虽然其主要应用于DNA,但一些新的研究已将它的范围扩展至RNA编辑。去年Nature Methods评选出的年度技术中就有将革命性的CRISPR基因编辑技术用来靶向RNA,其中的一大进展就是麻省理工张锋研究组关于能够靶向和降解RNA的一种RNA引导酶——C2c2(也被称为Cas13a)功能特征的研究。


在此基础上,张锋研究组在10月5日Nature杂志上又公布一项最新成果:“RNA targeting with CRISPR–Cas13”,证实了切割RNA的Cas13a酶能够特异性地降低哺乳动物细胞中的内源性RNA和报告RNA水平。并指出这种方法比RNA干扰(RNAi)的效率更高,能被用于抑制细胞RNA靶标,结合和富集感兴趣的RNA,以及通过序列特异结合对细胞内的RNA进行成像。


CRISPR vs. RNAi


张锋博士是近几年大热的CRISPR/Cas9技术的先驱开创者之一。2013年,这位80后的年轻华人科学家开发出了可用来编辑DNA、敲除指定基因的CRISPR/Cas系统,自此之后一直致力于推动这一技术走向完美。而在改良及进一步操控CRISPR/Cas9这一工具加速基因组研究的同时,张锋课题组也在寻求进一步扩大基因组编辑的工具箱。


2015年,这一研究组发现了自然存在的、具有基因组编辑潜力的三个新系统:C2c1、C2c2和C2c3。其后张锋与Eugene Koonin等人合作也揭示了第一个确定只靶向RNA的自然CRISPR系统:C2c2的功能特征,研究表明可以编程C2c2来切割细菌细胞中特异的RNA序列。


目前在RNA编辑方面应用最为普遍的是RNAi,RNAi技术利用的是小干扰RNA(siRNA)或短发夹RNA(shRNA)触发具有互补序列的靶mRNA(即信使RNA)降解,因而抑制细胞中的特定基因表达。此前Molecular Cell杂志技术特刊的一篇文章对RNAi、TALEN和CRISPR这三大工具进行了全面比较,文章指出RNAi比较容易出现错误,siRNA/shRNA的脱靶效应会引起假阳性结果,siRNA/shRNA缺乏活性会引起假阴性结果。虽然CRISPR系统也存在脱靶效应,但要比RNAi少得多。

  

“靶向哺乳动物细胞RNA”


哺乳动物RNA编辑


Cas13a的发现也为CRISPR在RNA编辑方面的应用提供了重要的工具,今年上半年,张锋研究组发现Cas13a有独特的性质,不仅靶向RNA,还可以靶向DNA,同时还能还切割了RNA附近的序列,他们由此研发出了一种核酸检测平台SHERLOCK(Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing),这个平台包含有一个切割时发出荧光的报告RNA链。当Cas13a检测到靶标RNA序列时,其RNAse活性就会切割报告序列,释放可检测的荧光信号。

  

“福尔摩斯”
这一系统让研究人员想到了福尔摩斯(Sherlock Holmes)。于是他们把这套系统称为SHERLOCK(Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing)


由此Cas13a作为一种非特异性的RNA切割酶,能发挥重要的作用,但是在哺乳动物细胞中,Cas13a是否具有同样的功能呢?


最新这篇文章就证实了这一点,研究人员发现切割RNA的Cas13a酶,能够特异性地降低哺乳动物细胞中的内源性RNA和报告RNA水平。而且他们也指出与在细菌中不同的是,Cas13a在人细胞系中,仅仅只是靶向gRNA指定的RNA,细胞中所有其它的RNA保持完整。


来自罗彻斯特大学的Mitchell O’Connell(未参与这项研究)点评道,“在CRISPR出现之前,RNAi是调节基因表达的理想方法。但是Cas13a一大优势就在于其具有更强的特异性,而且这种本身来自细菌的系统对哺乳动物细胞来说,并不是内源性的,因此不太可能干扰细胞中天然的转录。相反,RNAi利用内源性机制进行基因敲除,对本身的影响较大。”


研究人员分离得到了Leptotrichia wadei的Cas13a酶,构建出了一种双质粒RNA靶向CRISPR系统,这一系统能在不同的质粒上表达导向RNA(gRNA)和Cas13a基因,其中Cas13a基因含有一种经过改造的核定位序列。在人细胞系中,这种CRISPR-Cas13a系统能高效地切割报告质粒中转录的RNA和三种内源性基因转录的RNA。


这并不是唯一一种RNA靶向CRISPR系统,此前张锋研究组还发现了Cas13b。像Cas13a一样,Cas13b仅需要单个向导RNA就能找到靶标,并且从遗传学的角度是可编码的。此外,Cas13b能够同时靶向多个RNA转录本。但Cas13b也有一些独特的特点,表明它与Cas13a是不同的。这些特性使得Cas13b更适用于微调基因功能。


来源:生物通——由赛业生物科技有限公司转载发布

  

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