PNAS重要成果：RNA靶向CRISPR/Cas9

CRISPR/Cas系统的潜在应用清单在一日日地变长。根据发表在4月27日《美国科学院院刊》（PNAS）杂志上的一项新研究，对抗病毒有可能很快也会被添加到这一清单中。埃默里大学的科学家们采用了一种来自新凶手弗朗西丝菌的Cas9酶来结合丙型肝炎病毒(HCV) RNA，阻止了这一病原体在人类细胞中进行复制。

　　

生物通报道  CRISPR/Cas系统的潜在应用清单在一日日地变长。根据发表在4月27日《美国科学院院刊》（PNAS）杂志上的一项新研究，对抗病毒有可能很快也会被添加到这一清单中。埃默里大学的微生物学家David Weiss、免疫学家Arash Grakoui和同事们，采用了一种来自新凶手弗朗西丝菌(Francisella novicida)的Cas9酶来结合丙型肝炎病毒(HCV) RNA，阻止了这一病原体在人类细胞中进行复制。

去年夏天，另一研究小组证实了可以利用CRISPR/Cas9来找出并切除潜伏感染细胞基因组中的HIV DNA。埃默里大学研究小组随后发现新凶手弗朗西丝菌Cas9(FnCas9)可以一种不同的方式阻断HCV；它在细胞质中与病毒RNA结合，“如果有脱靶效应，也不会编辑基因组，”论文的合著者、Grakoui实验室研究生Aryn Price。

FnCas9不同于其他的Cas酶，因为它不会切割RNA，而是为试图复制RNA或是将RNA转录为病毒蛋白的一些蛋白质设置了障碍。虽然这项研究是首次将CRISPR/Cas9靶向人类细胞中的RNA，去年加州大学伯克利分校Jennifer Doudna实验室的成员就曾经重新改造过酿脓链球菌（Streptococcus pyogenes）Cas9在试管中结合并切割RNA（延伸阅读：Nature发布CRISPR重大突破：可编程的RNA编辑工具）。Doudna研究小组还鉴别出了另一种由嗜热栖热菌（Thermus thermophilus）生成的RNA靶向Cas酶。

杜克大学生物医学工程师Charles Gersbach说：“有许多这样的Cas系统存在于自然中，我们还没有很好地认识它们。”

Weiss和同事们是在小鼠中寻找与新凶手弗朗西丝菌感染相关的蛋白时无意中发现了Cas9的这种新用途。在大约10年前Weiss还是博士后时，他发现这种细菌利用了它的Cas9酶来感染小鼠，但在当时却并不知道这一蛋白做了什么。随着来自酿脓链球菌和其他细菌的Cas9酶显示出卓越的DNA编辑能力，Weiss对于FnCas9作用的思考开始发生了改变。“出于对Cas9的了解，它促成感染的机制是令人困惑的。”

当Timothy Sampson在Weiss实验室开展研究工作时，他发现FnCas9靶向新凶手弗朗西丝菌的信使RNA(mRNA)，减慢了一些会向宿主免疫系统暴露病原体位置的蛋白质生成。为了让这一RNA靶向系统转过来对抗一种入侵病毒Weiss与Grakoui开展了合作，Grakoui实验室主要从事人类对HCV的免疫反应研究。

研究小组设计出了一种导向RNA，它可以将FnCas9引导至启动复制和蛋白质生成的HCV基因组区域的一段匹配RNA链处。研究人员编程了人类肝细胞生成这一导向RNA和FnCas9，之后再用HCV感染这些细胞。3天后只有具有两种元件的细胞能够控制住病毒。如果各自生成导向RNA或FnCas9，则病毒会继续繁殖。

Weiss和Grakoui接下来打算将他们的焦点转向靶向其他的RNA病毒。其中一个目标就是在作物中表达FnCas9和适当的导向RNA保护它们免受破坏性病毒的感染。

Doudna实验室的Brett Staahl说：“看起来你可以靶向任何的东西。”但在他看来，让这一系统不断地进入细胞将会是一个挑战。不同于编辑基因组DNA是一次性的永久事件，为了控制病毒必须要持续地靶向RNA。

Gersbach说：“在应用这一技术之前还有大量的工作要做。但鉴于RNA干扰(RNAi，通过靶向和切割mRNA来控制蛋白质水平)的应用价值，FnCas9和其他的RNA靶向Cas蛋白或许会有许多潜在的用途。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

A. Price, et al., “Cas9-mediated targeting of viral RNA in eukaryotic cells,” PNAS, doi:10.1073/pnas.1422340112, 2015.