Nature发布CRISPR重大突破：可编程的RNA编辑工具

　　

生物通报道  一种用来编辑基因组中DNA指令的强大科学工具现在也可以应用于RNA。来自加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室的一个研究人员小组，证实借助于一种方法可以编程CRISPR/Cas9蛋白复合物在序列特异性的靶位点识别并切割RNA。这一研究发现有可能改变RNA功能研究的模式，为检测、分析和操控RNA转录物铺平了道路。相关论文发表在9月28日的《自然》（Nature）杂志上。

由生物化学家、CRISPR/Cas9复合物研究权威人士Jennifer Doudna领导的这一研究小组，揭示出Cas9酶可与称作为“PAM”（ protospacer adjacent motif）的短DNA序列共同作用，识别并结合到单链RNA(ssRNA)特异位点上。他们将这一RNA靶向性CRISPR/Cas9复合物命名为RCas9。

Doudna说：“利用专门设计的PAM递呈寡核苷酸（PAMmers），可以让Cas9特异定向结合或切割RNA靶点，同时避开对应的DNA序列，还可利用它从细胞中分离出特异的内源性信使RNA。我们的研究结果揭示出了PAM结合与RCas9底物选择之间的基本联系，突显了RCas9无需遗传诱导标签，在可编程RNA转录物识别方面的应用。”

从更安全、更有效的药物，清洁、绿色、可再生燃料，到空气、水及土地的净化和恢复，遗传工程细菌和其他的微生物有潜力生成一些有价值的商品及完成一些重要的服务。为了探索微生物的巨大潜力，科学家们必须要能够精确地编辑它们的遗传信息。

近年来，CRISPR/Cas复合物成为了实现这一功能的最有效的工具之一。CRISPR（Clustered regularly interspaced short palindromic repeats, 规律成簇的间隔短回文重复)是细菌免疫系统的中心组成部分，其负责序列识别。RNA引导的Cas9酶则负责在特异的序列位点剪断DNA链。
 
利用CRISPR和Cas9可精确编辑靶基因组中的DNA指令来生成所需的蛋白质类型。在特异的位置切割DNA可以除去旧的DNA指令和/或插入新指令。然而直到现在，人们都认为不能够将Cas9用于将这些DNA指令译为所需蛋白质的RNA分子。

Doudna研究组成员、论文主要作者Mitchell O'Connell说：“就像可以利用Cas9以一种序列特异性方式来切割或结合DNA一样，RCas9可以一种序列特异性方式切割或结合RNA。

在早些时候的一项研究中Doudna和她的研究小组证实，Cas9之所以可能具有基因组编辑能力是因为PAM的存在，PAM标记出了切割的位点，并激活了Cas9酶的切割活性（延伸阅读：Nature解答Cas9基因组编辑核心谜题 ）。在这项最新的研究中，Doudna、Mitchell和合作者们证实，以一种相似的方式PAMmers还可以促进对靶ssRNA的位点特异性内切核苷酸切割。他们利用来自化脓链球菌（Streptococcus pyogenes）的Cas9酶，针对一组靶RNA和DNA完成了各种体外切割实验。

Doudna说：“尽管RNA干扰已被证实可用于操控某些生物体内的基因调控，我们仍抱着强烈的兴趣开发出了RCas9这一基于核酸的RNA识别系统。现在我们清楚了RCas9的RNA识别分子基础，就只需要设计并合成出一条匹配的导向RNA和互补PAMmer。”

研究人员想象着RCas9将具有广泛的潜在应用。例如，将RCas9与一种蛋白质翻译起始因子连接到一起靶向特异的mRNA，可以作为一种设计翻译因子来“上调”或是“下调”由这一mRNA合成的蛋白质。

Mitchell 说：“将RCas9附着到一些小珠子上，可用来从细胞中分离出RNA或是天然的RNA-蛋白质复合物用于下游的分析或检测。将RCsa9与选择蛋白质结构域融合可以增加或是除去特异的内含子或外显子，而将RCas9与荧光蛋白连接到一起还可用于观察活细胞中的RNA定位和运输。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Programmable RNA recognition and cleavage by CRISPR/Cas9

The CRISPR-associated protein Cas9 is an RNA-guided DNA endonuclease that uses RNA–DNA complementarity to identify target sites for sequence-specific double-stranded DNA (dsDNA) cleavage1, 2, 3, 4, 5. In its native context, Cas9 acts on DNA substrates exclusively because both binding and catalysis require recognition of a short DNA sequence, known as the protospacer adjacent motif (PAM), next to and on the strand opposite the twenty-nucleotide target site in dsDNA4, 5, 6, 7. Cas9 has proven to be a versatile tool for genome engineering and gene regulation in a large range of prokaryotic and eukaryotic cell types, and in whole organisms8, but it has been thought to be incapable of targeting RNA……